Nanopartículas superparamagnéticas unidas a sales de cobre en una solución acuosa son atraídas por un imán externo al recipiente
Una nueva tecnología para el procesamiento de minerales desarrollada en la Universidad de São Paulo (USP) podría revolucionar la minería, fundamentalmente la extracción de cobre. El proceso, denominado nanohidrometalurgia magnética (NHM), es 100% brasileño y se lo considera “verde”, pues el impacto ambiental es mínimo comparado con otras prácticas del sector. La técnica se emplea en un medio acuoso, utilizando nanopartículas supermagnéticas en lugar de solventes orgánicos, como el querosén, por ejemplo, que se emplea en los procesos convencionales. El artículo que informa sobre los trabajos del grupo que condujeron al desarrollo de esta tecnología y que redundaron en una solicitud de patente ‒una labor coordinada por el químico Henrique Toma, docente del Instituto de Química de la USP (IQ-USP)‒, se publicó en la revista Green Chemistry.
El nuevo proceso, concebido por Ulisses Condomitti durante la elaboración de su tesis doctoral realizada bajo la dirección de Toma y defendida en el IQ-USP, emplea la nanotecnología para renovar y perfeccionar un procedimiento que ya se aplica en la industria minera, la hidrometalurgia. “Entre las ventajas de la nanohidrometalurgia se encuentra la posibilidad de ejecución de todas las etapas en una secuencia única, en el mismo reactor que opera en condiciones ambientales, dejando de lado el uso tradicional de la extracción mediante solventes orgánicos, tratamientos ácidos y etapas de concentración, además de disminuir la producción de desechos”, explica Toma. “Las nanopartículas captadoras de metales se regeneran en forma integral luego del procedimiento, sin ningún tratamiento adicional”.
El nuevo proceso desarrollado en la USP constituye una alternativa frente a la hidrometalurgia convencional, que comienza con la lixiviación, un procedimiento destinado a la separación de los minerales mediante el uso de ácido o, alternativamente, con bacterias, al que le sigue el tratamiento químico con agentes complejantes ‒que forman compuestos‒ de metales. La diferencia radica en que el agente químico complejante y el solvente que se utiliza para la extracción del metal se reemplaza por nanopartículas supermagnéticas controladas mediante un campo magnético que están elaboradas con magnetita (óxido de hierro). Se las mezcla en una solución acuosa rica en sales de cobre. Luego de algunos minutos, los iones de cobre (Cu2+) disueltos, se unen a las nanopartículas por medio del agente complejante presente en su superficie, y se las atrae a éstas hacia la superficie de un electrodo, también sumergido, mediante el influjo de un imán dispuesto en el exterior. De este modo, las nanopartículas con las sales de cobre quedan concentradas sobre la superficie del electrodo. A continuación, se aplica una corriente eléctrica sobre el electrodo que causa la migración y la transferencia de electrones desde los iones de cobre hacia el electrodo, obteniéndose así el cobre metálico (Cu).
Al cabo de unos cinco minutos después de la aplicación de la corriente eléctrica, las nanopartículas liberan prácticamente todo el metal que estaba unido a ellas. “La electrodeposición proporciona cobre con una pureza del 99,99%”, dice Toma. “Las nanopartículas, a su vez, quedan liberadas para un uso ulterior”. Según Toma, el experimento realizado en laboratorio se mostró ventajoso en comparación con el proceso tradicional de hidrometalurgia debido a su economía de tiempo. Con la nanotecnología, la obtención de cobre metálico se logra en algunos minutos, mientras que en el proceso industrial actual demanda siete días.
Otra ventaja radica en que todo el proceso puede realizarse en un mismo recipiente (observe la infografía). Las nanopartículas resultan atraídas hacia las placas metálicas de los electrodos de cobre, y la electrodeposición se produce en forma localizada. No hay necesidad de transportarlo hasta otro reactor, tal como ocurre en la hidrometalurgia convencional. Esto se traduce en una reducción de costos, simplificación del proceso y mayor racionalidad. “La nanohidrometalurgia magnética también genera menor cantidad de desechos”, dice Toma. “Incluso existe la posibilidad de automatizarla, empleando reactores de dimensiones menores”. De acuerdo con el investigador, la nueva técnica también es aplicable a varios metales estratégicos, lo que incluye también el procesamiento de las denominadas tierras raras, un trabajo que se está desarrollando en el IQ-USP. El próximo paso del grupo consiste en transferir la tecnología a alguna empresa. Toma comenta que ya hay dos que se han mostrado interesadas: 3M y Caraíbas, la única minera en Brasil que produce cobre metálico, aunque insuficiente para el mercado interno.
Toma enumera otros argumentos tendientes a demostrar la importancia de la nueva nanotecnología, comenzando por la relevancia del cobre ‒el principal metal por producirse‒, fundamental en sectores tales como la construcción civil, la industria eléctrica, la de máquinas, la de transporte y la electrónica. En el caso específico de Brasil, si bien el país posee abundancia en minerales, no es ése el caso del cobre. “El dueño de las mayores reservas mundiales de este elemento es Chile, con un 38% del total”, informa Toma. “Brasil ostenta alrededor del 1,5% y el país no posee minerales con abundancia de ese elemento. El que existe es de bajo contenido, alrededor del 4% al 5%; así y todo, es adecuado para utilizarlo con la nueva tecnología”. En el mundo, sostiene el químico, la extracción del cobre ‒e incluso de otros metales‒ enfrenta actualmente algunos problemas. Entre ellos, el agotamiento gradual de los minerales con alto tenor, así como el aumento de los impactos ambientales, causados tanto por la extracción como por su procesamiento.
Proyecto
Química supramolecular y nanotecnología (nº 2013/ 24725-4); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Henrique Toma (USP); Inversión R$ 940.870,28 (FAPESP).
Artículo científico
Toma, H. E. Magnetic nanohydrometallurgy: a nanotechnological approach to elemental sustainability. Green Chemistry. Publicado online el 12 de febrero de 2015.
