Cobalto 5s3e2b

Universidad de Santiago de Chile. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería en Minas. Procesos Metalúrgicos.

Investigación bibliográfica: “Cobalto”

Profesora: Alumno: Coordinación: Fecha:

Lilian Velásquez Y. Carlos Burgos Q. L1 – M1 27 – Agosto – 2018.

Universidad de Santiago de Chile. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería en Minas. Procesos Metalúrgicos.

Resumen ejecutivo El presente informe realizado con fecha 17 de agosto para la mandante la Dra. Lilian Velásquez, tiene por objetivo principal el poder Analizar el cobalto, como mineral que presentará una alta demanda a nivel mundial a futuro. Esto dado la preponderancia que está generando este elemento, así como la alta demanda que posee y el déficit que existe hoy en día respecto a su cantidad circulante. La metodología de trabajo implica el recurrir a diversas fuentes bibliográficas a fin de poder recabar información acerca del elemento de estudio, tal como, cual es la ocurrencia de este, identificando posibles lugares donde se puede hallar hoy en día, considerando yacimientos o bien posibles asociaciones con otros minerales, además, de identificar cual es la forma en la cual se lleva a cabo su procesamiento de manera industrial y cuáles son las características de dicha labor, por lo que es importante identificar las distintas técnicas empleadas. De igual forma, se indagó en los usos del cobalto y de los posibles nuevos usos, así como además el identificar porque se encuentra en boga hoy en día. Finalmente, se pueden reconocer cuales son los principales sectores de Chile donde se encuentra este elemento y sus potenciales leyes, reconociendo además sus asociaciones mineralógicas en los yacimientos del tipo IOCG, y su presencia en los tranques de relaves de faenas del norte del país, principalmente en la región de Coquimbo y Atacama. Como recomendación a gran escala se podría identificar su potencialidad como subproducto de los yacimientos existentes, dado su beneficio generado, así como las buenas proyecciones a futuro con las que cuenta el Cobalto, siendo uno de los principales actores en pro de las nuevas tecnologías.

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Índice Introducción ....................................................................................................................... 1 Objetivos............................................................................................................................ 2 Principal ......................................................................................................................... 2 Secundarios ................................................................................................................... 2 Alcance .............................................................................................................................. 2 Estudio Bibliográfico .......................................................................................................... 3 1. Ocurrencia del Cobalto: .............................................................................................. 3 2. Formas de procesamiento: ......................................................................................... 5 2.1. Procesos Hidrometalúrgicos ................................................................................ 5 2.2. Innovaciones........................................................................................................ 7 3. Usos del Cobalto: ....................................................................................................... 7 Discusión ........................................................................................................................... 9 Conclusiones ................................................................................................................... 10 Bibliografía ....................................................................................................................... 11

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Introducción A lo largo del tiempo, la industria a nivel mundial, en función de las innovaciones continuas en la tecnología, va requiriendo cada vez más elementos poco conocidos o cuya explotación es a menor escala hasta la fecha, esto potenciado con las mejoras en los estudios que demuestran y rebelan nuevas propiedades de elementos que puedan ser de interés. Es así que, para el caso del Cobalto, su nuevo auge con la llegada del auto eléctrico ha traído consigo una nueva era dorada para este elemento, llevándolo a nuevas escalas en cuanto a producción, considerando el aumento de su precio en un corto lapso de tiempo (232%), y que se prevé siga aumentando con prosperidad, incluso hablando que llegue a la barrera de los 100.000 US$/tonelada, lo que ha despertado el interés de diversos sectores que ven este elemento un augurio de buena fortuna. Un ejemplo de todo lo nombrado anteriormente, es lo acontecido en nuestro país, Chile, donde si bien este elemento fue ampliamente explotado en el pasado, hoy vuelve a la palestra su posible explotación. Rememorando décadas pasadas, entre los años 1844 a 1944, chile produjo 20.000 toneladas de Cobalto al año, pero dejó de hacerlo por la debilidad de aquel del mercado, las leyes de ese entonces eran del borde de los 7.3% de Co, llegando a ser mucho mejores que la de los yacimientos de hoy en día, como lo es el 3% de Co del Congo. Pero tras su declive en la explotación de cobalto, Chile, al focalizar su explotación en el cobre, principalmente, explotó terrenos que contaban con cobalto, desechándolo, primando la explotación de otros metales de mayor rentabilidad, es así que hoy en día las leyes de los potenciales yacimientos son muy por debajo de lo que eran en aquel entonces, por lo que es necesario pensar además en la riqueza que hoy en día pueden contener los relaves. Es por ese motivo, que el poder analizar el futuro del Cobalto, en base a la potencialidad que significa para nuestro país resulta interesante, además de conocer los procesos para poder llevar a cabo su extracción, y por consiguiente el poder indagar en cuales son sus usos e innovaciones, que hoy en día tienen en boga a este mineral.

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Objetivos Principal •

Analizar el cobalto, como mineral que presentará una alta demanda a nivel mundial a futuro.

Secundarios • • • • •

Indagar en fuentes bibliográficas a cerca del Cobalto Investigar la ocurrencia del Cobalto y los potenciales sectores de extracción de este mineral en Chile. Analizar los procesos de extracción de Cobalto. Determinar posibles innovaciones en los procesos de extracción de Cobalto Analizar los usos y posibles nuevos usos del Cobalto.

Alcance Se debe considerar que esta indagación se lleva a cabo solo a nivel bibliográfico y no conlleva pruebas de laboratorio, que confirmen los datos expuestos, salvo las realizadas por los autores de cada publicación. El mineral del cual trata el presente informe es debido a la posible demanda mundial que conllevará, considerando su uso más potente, así como el alza en su precio de un 232%. Se intentará ligar los conceptos estudiados bajos los alcances del curso, en comparativa con los procesos recabados a escala industrial mundial.

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Estudio Bibliográfico 1. Ocurrencia del Cobalto: El cobalto corresponde a un elemento del tipo ferromagnético, con similitudes al hierro y al níquel, tanto en estado libre como combinado. Se encuentra distribuido con amplitud en la naturaleza y forma, aproximadamente, el 0.001% del total de las rocas ígneas de la corteza terrestre, en comparación con el 0.02% del níquel. Se halla en meteoritos, estrellas, en el mar, en aguas dulces, suelos, plantas, animales y en los nódulos de manganeso encontrados en el fondo del océano. Se observan trazas de cobalto en muchos minerales de hierro, níquel, cobre, plata, manganeso y zinc. Además, el cobalto comparte propiedades similares al hierro y níquel, en su dureza, resistencia a la tensión, capacidad de uso en maquinaria, propiedades térmicas y comportamiento electroquímico. El cloruro, nitrato y sulfato de cobalto (II) se forman por la interacción del metal, óxido, hidróxido o carbonato con el ácido correspondiente. Hay tres óxidos principales de cobalto: el cobaltoso gris (CoO), el cobáltico negro (Co2O3) formado al calentar compuestos a baja temperatura en exceso de aire, y el cobaltósico (Co3O4) el óxido estable, que se forma cuando las sales se calientan al aire a temperaturas que no excedan de 850ºC (1562ºF). Las sales más comunes de cobalto son derivados del cobalto(II); el estado de valencia mayor sólo se encuentra formando compuestos de coordinación. La vitamina B12 es un compuesto de coordinación del cobalto que se encuentra en la naturaleza y es muy importante. En cuanto a los lugares donde se podría encontrar este elemento, se pueden destacar los mencionados en la siguiente tabla. Tabla 1: Ocurrencia del Cobalto. Fuente: Sernageomin, geoquímica de los relaves, Corfo: potenciales del cobalto.

Sector Relaves Relaves Chatarra electrónica

Región IV (*) II (**) -

Ley 765 g/t 18 g/t 2a8%

(*) Referido a Tranque de Relave 2 de Tambillos en coquimbo, faena de oro – cobre. (**) Referido a Tranque de Relave 2 de Sotramin en Tal-Tal, faena de oro – cobre

Respecto a los yacimientos de cobalto existentes hoy en día, destacan la explotación de los depósitos de cobre-cobalto del Cinturón de cobre de África Central, sumada a la de los depósitos de laterita de níquel –como los de Australia y Nueva Caledonia– y de los depósitos magmáticos de sulfuro de níquel –como Sudbury en Canadá y Norilsk en Siberia– constituyen el 94% de la producción mundial de cobalto, indica, dominada por empresas chinas. Se estima que el 60% de las reservas mundiales de cobalto se encuentra en territorio de la República Democrática del Congo.

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Producción Mundial de Cobalto (%)

Cuba 3%

Philipinas 4%

Otros 17%

Rusia 3%

Zambia 3%

Republica del Congo 60%

Canada 6% Australia 4%

Gráfico 1: Producción mundial de Cobalto. Fuente: XATAKA.

En lo que concierne a Chile, los lugares donde se presentan potenciales alternativas de extracción del mineral de estudio corresponden a toda la franja ferrífera de la Región de Atacama y Coquimbo que requiere evaluación para recuperar el cobalto como subproducto. Y adicionalmente, los yacimientos cobre-oro que se denominan por sus siglas en inglés IOCG. Estos también tienen potenciales de cobalto como subproducto. De hecho, tienen mayor potencial de subproducto de cobalto que los de fierro, más específicamente en el sector de San Juan en la Región de Atacama y en el sector Tambillos en la Región de Coquimbo (aunque también habría en el sector El Volcán en el Cajón del Maipo, Región Metropolitana). Se habla de una ley aproximada para estos sectores de: • • • •

Cobaltera: <1% Co Carrizal Alto: 0.24% - 1.2% Co Tambillos-Minillas: <1% Co El Volcán, en el Cajón del Maipo: 0.5% - 0.7% Co

El cobalto, por lo general, está asociado a otros metales como níquel, cobre, hierro, zinc y arsénico, dependiendo de la génesis del mineral. Inicialmente, la explotación del cobalto no era directa sino como un subproducto la explotación de otros minerales de mayor interés.

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2. Formas de procesamiento: 2.1. Procesos Hidrometalúrgicos La hidrometalurgia inicialmente requiere la lixiviación de los metales, contenidos desde un material sólido, para llevarlos a una solución acuosa, para este caso el principal agente lixiviante corresponde a ácido sulfúrico, además del clorhídrico, dado que presentan una alta tasa de extracción de metales. Un indicativo de las posibles condiciones para poder llevar a cabo la lixiviación para obtener el metal de interés va de la mano con la observación de herramientas gráficas, como lo son los diagramas de Pourbaix, que dan rango de pH y Eh, al ser reacciones que dependen de ambas condiciones.

Ilustración 1: Diagrama de pourvaix del Cobalto. Fuente: Glogster.

Es necesario además tener presente que estudios han demostrado que, para poder llevar a cabo el proceso de lixiviación de cobalto, ayuda al proceso el contar con un agente reductor, en este caso corresponde al azufre (S)

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Además, entre otras variables considerar se cuenta con el efecto de: - Temperatura: una mayor temperatura favorece a la cinética de la reacción, ayudando a que la lixiviación se realice en un tiempo menor que a bajas temperaturas, trabajando con temperaturas elevadas. - La cantidad de ácido: a medida que se utiliza mayor concentración de ácido, la lixiviación mejora (30 a 80 gpL) - La cantidad de Azufre: la adición de azufre elemental ayuda a la extracción de cobalto. - Granulometría: donde a menor granulometría la extracción de Cobalto es mayor. El proceso en general de la lixiviación acida de cobalto se puede resumir en el siguiente esquema.

Lixiviacion Ácida

•Adicion de acido sulfurico y azufre elemental como elemento reductor

Extracción por solventes

•Se utilizan extractantes entre los mas usados se cuenta con tipo de ácido fósforo tipo agente de extracción

Electroobtención

•Catodos de alta pureza

Ilustración 2: Diagrama de la obtención de Cobalto. Fuente: Propia.

Luego en el proceso de extracción por solvente la mayor complejidad radica en la separación de Cobalto y Níquel, dado que ambos presentan condiciones similares, pero para ello existen extractantes que pueden realizar la función de lograr incluso un 99% de extracción de cobalto. Además, es necesario comentar otras formas de extracción como lo es la pirometalurgia, cuyo método no es tan realizado dado que presenta características más negativas que el proceso hidrometalúrgico. Como dato extra, además se puede llevar a cabo la separación mediante características físicas (separación física), aprovechando el carácter de ferromagnético del cobalto. Investigación Bibliográfica – Cobalto.

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2.2. Innovaciones Entre las innovaciones del proceso, se puede destacar la realización del proceso de lixiviación mediante la utilización de ácido tartárico, el cual es de carácter orgánico, bajo concentraciones de 75 g/L, entregando como resultado buenas concentraciones de cobalto. Además de la lixiviación de chatarra electrónica, entre lo que destaca la lixiviación de pilas o baterías de celulares, los cuales pueden contener hasta un 6% de contenido de cobalto, lo cual es en sumo oportuno, dado que ayuda a reaprovechar esos aparatos y que no sean desechados al medio ambiente, contaminando y provocando daño al medio ambiente.

3. Usos del Cobalto: Uno de los principales usos del cobalto es en los carburos de tungsteno-cobalto, otorgándole alta dureza y resistencia al impacto a las piezas metálicas a las cuales es añadido. Las propiedades finales del carburo son controladas a partir de la cantidad y tamaño de partícula de cobalto que son añadidas a la mezcla, en donde a menor tamaño de partículas se tendrá elementos más duros, con tamaños habituales entre 1,4 µm a 3,1µm, mientras que la resistencia al impacto aumenta directamente con la cantidad de cobalto que es añadido a la mezcla. Las piezas elaboradas con este material carburante son utilizadas en el corte y conformación de metales, rocas y otro tipo de materiales duros. El cobalto es usado como aditivo en aleaciones para la conformación de piezas con propiedades magnéticas permanentes cuando se combina con aluminio y níquel. Las llamadas superaleaciones poseen cobalto, aluminio, cromo, titanio molibdeno y tienen alta resistencia térmica y mecánica, las cuales se usan en motores y turbinas a gas. Los compuestos de cobalto con litio, manganeso, níquel y cobre se usan en la fabricación de diversos tipos de electrodos para las pilas y baterías de alto desempeño, que son usadas en diversos tipos de equipos eléctricos y electrónicos como fuentes de energía portable. Una de las primeras aplicaciones del cobalto fue como elemento aportante de color en los pigmentos utilizados en la fabricación de elementos cerámicos, porcelanas, vidrios y azulejos. El cobalto utilizado en forma de una sal orgánica también ha tenido propiedades desecantes dentro de las pinturas, lo cual ha hecho más popular su uso. Aplicado sobre superficies metálicas, el cobalto genera diferentes tipos de matices que hacen las piezas estéticamente más atractivas y le confieren, además, una capa protectora a la oxidación lo que es comúnmente utilizada para dar acabados al aluminio anodizado.

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Otros usos del cobalto son en la fabricación de catalizadores, indicadores de humedad por su viraje de azul a rosa al humedecerse, como ingrediente en complejos nutricionales para animales y humanos y sus isotopos son utilizados como fuente radioactiva en tratamientos en la lucha contra el cáncer. El consumo mundial de cobalto utilizado en aleaciones de aceros especiales para la fabricación de motores y turbinas para la industria aeroespacial llegaba a alrededor de 55.000 ton anuales. Pero el cambio generado en la demanda (producto de las baterías) elevó el consumo global a 136.000 ton al año en 2017. Inicialmente las baterías de iones de litio que no utilizaban cátodos de cobalto producían sobrecalentamiento, con riesgo de incendio, mientras que al incluir Cobalto se evita que los iones de litio formen dendritas, previniendo el calentamiento, gracias a su resistencia a altas temperaturas.

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Discusión Respecto a los potenciales yacimientos ubicados en nuestro país, cabe considerar que, dado las bajas leyes encontradas, podría evaluarse la opción de extraerlos de manera tal que correspondan a subproductos, ya sea de cobre u oro, dado que en varias faenas se obtiene hierro como subproducto, pero frente a una eventualidad, el cobalto podría traer mayores beneficios. Otro aspecto por considerar es la posible extracción de cobalto desde los relaves, los cuales están provistos de una cierta cantidad de este elemento, donde lo positivo de dicha actividad es que ya no se deben incurrir en gastos de conminución del material, lo que permite generar un gran ahorro, considerando que solo el molino significa una alta cantidad de energía gastada, lo que se traduce en un gasto monetario. Desde la perspectiva del proceso de extracción, llama la atención que analizando el diagrama de pourbaix, este se puede lixiviar a condiciones similares a las del cobre, por lo que se puede intuir que en los procesos de disolución también pueden arrastrar algo de cobalto, por lo que aprovechar esta situación puede hacer aún más factible su papel como subproducto en los yacimientos del tipo IOCG, que cuentan con cobre. Dad su preponderancia, este elemento continuará siendo protagonista, dada su importancia en la generación de baterías de buena calidad, las cuales son muy demandadas en el mundo dado sus buenos frutos.

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Conclusiones Finalmente, tras toda la información recabada acerca del cobalto se puede decir que para Chile, el considerar la extracción de dicho elemento, aunque sea como subproducto puede representar un gran acierto, dado las buenas proyecciones que presenta, de la mano con el apogeo de las nuevas tecnologías, donde su presencia es fundamental. Además, la presente indagación permite aclarar el escenario y poder tener distintas perspectivas de donde se puede encontrar el elemento, teniendo en cuenta desde tranques de relave a posibles yacimientos, que, si bien no se cuenta con la cantidad suficiente para poder ser el producto principal, su papel como subproducto llama profundamente la atención. Respecto a sus procesos de extracción, las variadas técnicas hacen suponer que se puede llegar hacia la que represente un menor costo y dado que su comportamiento es similar al del cobre, hierro y níquel, su obtención no es tan difícil. Tras los múltiples usos del cobalto, se puede decir que se prevé que su auge siga en creciente aumento, esto más aún si el mercado del auto eléctrico tiene la recepción esperada, dado que su buen comportamiento del cobalto en conjunto con el litio para la generación de baterías corresponde a un gran acierto, aunque de todas formas, su rol como componente de batería, en las cuales suena como una de las mejores opciones, lo hacen un elemento indispensable en el mundo globalizado que nos encontramos inmersos.

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Bibliografía •

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Sánchez J, Betancourt j, Ocampo L, (2016) “Conminución y análisis granulométrico para un proceso de recuperación de cobalto a partir de baterías de teléfonos móviles”, universidad nacional de Colombia, Colombia. S/A. (2018). “Cobalto: ¿Dónde se encuentra este mineral en Chile?”. Revista: Minería chilena. Chile. Recuperado: http://www.mch.cl/2018/07/11/cobalto-donde-seencuentra-este-mineral-chile/ S/A (2018). " Chile podría llegar a producir 25.000 ton anuales de cobalto hacia 2020”. Revista: Minería chilena. Chile. Recuperado: http://www.mch.cl/2018/05/15/chilepodria-llegar-producir-25-000-ton-anuales-cobalto-hacia-2020/ López J. (2018). “Así es el otro coltán: qué es, para qué sirve y cuál es el futuro del cobalto, el metal que hace posible que tu móvil sea como es”. XATAKA. Recuperado: https://www.xataka.com/investigacion/asi-es-el-otro-coltan-que-es-para-que-sirve-ycual-es-el-futuro-del-cobalto-el-metal-que-hace-posible-que-tu-movil-sea-como-es

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