Si de desbalances se trata, el mercado de áridos en Chile es un muy buen ejemplo. ¿El motivo? según datos del Instituto de la Construcción, la demanda por este material supera significativamente a la oferta: solo en la Región Metropolitana se generan 4 millones de m3 por la vía formal, mientras que la demanda alcanza los 11 millones de m3. Y se espera que su empleo a nivel nacional y mundial aumente significativamente en las próximas décadas, poniendo una presión adicional sobre las fuentes tradicionales (ríos, pozos y canteras).
Ante esa realidad, la Corporación Alta Ley, a través del Instituto Nacional de Normalización (INN), está impulsando dos normas técnicas que orientarán el uso de escorias de cobre en la construcción. "El objetivo es incentivar la utilización de nuevas fuentes de áridos y avanzar de manera sostenida en la elaboración de marcos reglamentarios y técnicos que aceleren su uso con foco en el medio ambiente y la economía circular", aseguran en la entidad.
En concreto, la iniciativa implica la elaboración de una disposición técnica general para que las escorias sean consideradas como árido artificial, y de otra regulación específica relativa al uso de estos residuos de la minería del cobre como árido artificial en pavimentos. Se espera que ambas normas sean publicadas para su aplicación a partir del año 2025.
Marly López, profesional de la División de Normas del INN, revela que en 2023 iniciaron el desarrollo de diversos proyectos de normas chilenas enfocadas en la clasificación, caracterización y usos específicos de áridos reciclados y artificiales, en el marco de la actualización de la NCh163 "Áridos para morteros y hormigones - Requisitos". "Una modificación importante efectuada en esta norma es la posibilidad de utilizar áridos que no son naturales, entre los que se encuentran los áridos artificiales, los que pueden incluir múltiples materialidades provenientes de procesos industriales. Esto posibilitará la reducción de pasivos ambientales al emplear materiales antes considerados como residuos", destaca.
Ventajas y marco normativo
La huella de carbono de la producción de cemento a nivel mundial se sitúa hoy en torno al 8%, según el Foro Económico Mundial. Y aunque Chile, como país OCDE, ha liderado las medidas paliativas para reducir tal registro, el sector de la construcción aún trabaja con cementos con altos porcentajes de clínker, principal responsable de las emisiones producidas durante su elaboración. De ahí que haya espacio para innovar y reemplazar esta materia prima.
Como un sustituto ideal del clínker emerge el silicato de hierro, más conocido como escoria de cobre, subproducto generado durante el proceso de fundición en la minería. "Se le considera un pasivo ambiental, similar a los ripios de lixiviación y los relaves. Específicamente, son los desechos resultantes de la separación de metales puros, como el cobre y el hierro, del resto de los minerales en las fundiciones. En Chile, hay una gran cantidad de escoria de cobre por la intensiva que es esta actividad", señala Marcelo Rojas, académico del programa Técnico Universitario en Minería y Metalurgia de la Universidad Técnica Federico Santa María (USM).
Desde 1967 que, como lo establece el Código Sanitario, la escoria de cobre está calificada por la normativa nacional como un residuo minero masivo (no peligroso), por lo que en Chile no es posible su reutilización como un subproducto. Lo anterior, a diferencia de lo que ocurre en otros países, donde hace décadas se aplica en diversos procesos, principalmente en obras de vialidad.
Para cambiar tal tipificación del silicato de hierro, en el último tiempo viene sesionando una mesa técnica que analiza esa posibilidad. Para eso, el Ministerio del Medio Ambiente debe generar el cambio en su clasificación, pasando las escorias de residuo minero a subproducto minero. Esto se suma al trabajo normativo que desarrolla el INN en este ámbito.
La escoria de cobre, un material subvalorado que puede aportar a la economía circular.
Para Paula Rojas, directora de la carrera de Ingeniería Civil Mecánica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Universidad Adolfo Ibáñez (UAI), las normas técnicas son fundamentales, "sin embargo, no siempre están tan al día con las evidencias científicas, por lo que, primero que todo, deben actualizarse según los últimos avances en la materia. Luego de esto podríamos pensar en iniciativas regulatorias en aspectos ambientales y sociales, como, por ejemplo, establecer regulaciones para el manejo y procesamiento de las escorias, con algunas exenciones tributarias para que las empresas adopten prácticas de reciclaje sostenibles".
El especialista de la USM añade que las escorias son mayoritariamente sílice y silicatos, componentes principales de las rocas madre de yacimientos de cobre y oro. "Y suelen acumularse en grandes cantidades, ocupando extensas superficies de terreno. Un caso conocido es el de la planta Codelco Ventanas, que recientemente cerró, pero dejó tras de sí un gran cerro de escoria que ha resultado difícil de gestionar. Este material no es inerte, lo que significa que puede liberar polvo y contaminantes al ambiente, afectando tanto a la salud humana como a los ecosistemas cercanos, como los humedales adyacentes a Ventanas", revela.
En Anglo American, en tanto, aseguran que, aunque las escorias de cobre están tipificadas como residuo en nuestra legislación, "no son peligrosas y tienen un potencial enorme en momentos donde la reutilización y recirculación de materiales es prioridad para nuestra sociedad. Son, además, un material muy seguro, ya que no genera impactos al estar en contacto con el agua, el aire, la tierra e incluso la piel".
En la minera también resaltan que esta materia prima posee una dureza superior a los áridos naturales, "lo que le da una mayor resistencia, estructura y firmeza para diferentes construcciones".
¿Segunda vida?
Por su composición química, "la escoria es un material muy duro y difícil de procesar, lo que limita su reutilización", afirma Marcelo Rojas. Luego, complementa: "Hasta ahora, encontrarle aplicaciones útiles ha sido un desafío. A pesar de contener cantidades apreciables de cobre (entre 0.6% y 1% en escorias más antiguas), la dureza del material encarece su procesamiento. Las tentativas de chancado y flotación para recuperar el cobre han resultado poco viables económicamente debido al elevado consumo de energía y el desgaste de los equipos de chancado".
Agrega que, hasta el momento, las escorias de cobre se están empleando como ripio para la construcción de carreteras y pavimentos, aprovechando su resistencia y durabilidad. "Además, se investiga su uso potencial como aglomerante en la fabricación de ciertos tipos de cemento, gracias a su contenido de óxido de calcio", explica.
En opinión de Paula Rojas, en Chile "hemos avanzado en diferentes alternativas o 'rutas de reciclaje' para las escorias de cobre dependiendo de los elementos metálicos que contengan. En primer lugar, está la recuperación de cobre, proceso que se hace hoy a nivel industrial. También se han desarrollado investigaciones y procesos para recuperar otros metales y/o aleaciones metálicas, con los que se obtienen materiales metálicos en polvo. Y finalmente están las aplicaciones industriales convencionales en la industria de la construcción".
Detalla, asimismo, que en este rubro las escorias de cobre se pueden usar como agregados finos o gruesos y también como material de relleno. Esto, considerando que pueden mantener o mejorar la resistencia mecánica y la durabilidad. "Además, al ser recicladas, las escorias dejan de estar en los tranques de relave", plantea.
Paula Rojas plantea que las escorias de cobre "se pueden usar como agregados finos o gruesos y también como material de relleno".
Diversas iniciativas
La académica de la UAI lidera una investigación aplicada para desarrollar cementos "verdes" en base a escorias de cobre. Se ejecuta en Copiapó, Viña del Mar y Santiago, con fecha de término en 2025, y es liderada por un grupo de investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la UAI y de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Atacama, contando además con el aporte industrial de dos empresas.
El objetivo de la iniciativa es caracterizar, desarrollar y ensayar el uso de un material considerado hoy como residuo industrial, como material cementicio suplementario, cumpliendo cabalmente con los estándares de calidad que exige la norma chilena y reduciendo la huella de carbono que produce la manufactura del cemento. Un caso similar a lo que ya ocurre con la escoria siderúrgica y la ceniza volante proveniente de la generación eléctrica por la quema de combustibles fósiles.
Sobre las proyecciones, la investigadora señala que "es reemplazar una fracción del cemento con este material, de manera que puedan mantenerse o mejorarse las propiedades mecánicas del material final, pero con una menor huella ecológica y de carbono, dado que empleamos un residuo valorizado y no 100% cemento".
Anglo American, por su parte, está desarrollando una iniciativa piloto a pequeña escala, en la comuna de Catemu, que implica el uso de las escorias de cobre que genera la fundición Chagres (unas 350 mil toneladas anuales) en la construcción de mobiliario urbano, como solerillas, adoquines, pastelones y macetas, que se utilizan comúnmente en parques y plazas.
Carlos Carlesi, director de la Escuela de Ingeniería Química de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, plantel que participa en el proyecto, explica que "se estudió la estabilidad de piezas realizadas con material de fundición, comprobándose muy buenas propiedades de dureza y compactación hasta cierto porcentaje de mezcla y total estabilidad en condiciones extremas. Verificamos que ningún componente sale del material, aunque se exponga a líquidos corrosivos, pudiendo usarse de forma segura como insumo de construcción".
Investigación busca desarrollar material cementicio suplementario, cumpliendo cabalmente con los estándares de calidad que exige la norma chilena.
Aplicación distinta
Dar un uso sostenible a residuos mineros y aportar al impulso de las energías renovables en Chile. Ese ambicioso objetivo se pusieron investigadores del Grupo Solar UC y SERC a partir del desarrollo del primer sistema de almacenamiento térmico utilizando escoria de cobre.
La iniciativa denominada "RadTES-CS" (Radial packed-bed thermal storage system using copper slag as storage medium) trabaja con tecnología "packed-bed", que mejora la distribución del calor que se guarda, reduciendo hasta en un 80% las pérdidas de calor al ambiente. El almacenamiento térmico utiliza la energía proveniente de fuentes renovables para calentar sólidos y así suministrar calor a procesos industriales o bien generar posteriormente electricidad.
Las tecnologías en la materia suelen utilizar sales fundidas o agua para guardar el calor, sin embargo, estas sustancias presentan restricciones en los niveles de temperatura de operación. En cambio, la escoria de cobre, que para este proyecto fue aportada por la fundición Hernán Videla Lira y Codelco Ventanas, cuenta con propiedades termofísicas especiales para utilizarlas en este tipo de aplicaciones, como la alta conductividad térmica, estabilidad a altas temperaturas y elevada densidad energética.
Los investigadores a cargo de la iniciativa ya pusieron en marcha el primer prototipo "packed-bed" de flujo axial y se encuentran trabajando en una segunda etapa con pruebas de flujo radial y con escalamiento del prototipo a un volumen preindustrial.
DATO:
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Millones de toneladas de escorias de cobre, aproximadamente, hay acumuladas en un depósito de Codelco Ventanas. El Ministerio de Obras Públicas propuso investigar su uso para mejorar caminos de zonas rurales.
Artículo publicado en InduAmbiente nº 188 (mayo-junio 2024), páginas 16 a 18.
De Escoria a Materia Prima
Diversas iniciativas de investigación y normas se desarrollan para usar escorias de cobre en faenas de construcción y otras aplicaciones.
