Blog

Jul 15, 2023

Cobre

La descarbonización es uno de los mayores desafíos del siglo XXI. En 2015, los gobiernos de todo el mundo se comprometieron con objetivos vinculantes, con el objetivo de limitar el calentamiento global a 2°C. Logrando

La descarbonización es uno de los mayores desafíos del siglo XXI. En 2015, los gobiernos de todo el mundo se comprometieron con objetivos vinculantes, con el objetivo de limitar el calentamiento global a 2°C. Lograr este objetivo depende en gran medida de la rápida implementación de una electrificación generalizada, que ayudaría a reemplazar los hidrocarburos con fuentes de energía renovables. Y la innovación en todos los productos básicos desempeñará un papel fundamental para ayudar a las empresas mineras a responder a estos desafíos.

Este artículo es un esfuerzo colaborativo de Scott Crooks, Jonathan Lindley, Dawid Lipus, Richard Sellschop, Eugéne Smit y Stephan van Zyl, que representan puntos de vista de McKinsey's Metals & Mining Practice.

Uno de esos productos es el cobre, que es un ingrediente esencial para este proceso. De hecho, se proyecta que la electrificación aumentará la demanda anual de cobre a 36,6 millones de toneladas métricas para 2031. Aunque las proyecciones de suministro actuales basadas en reinicios, proyectos ciertos o probables y producción reciclada ofrecen un camino hacia 30,1 millones de toneladas métricas, otros 6,5 millones de toneladas métricas de Aún queda por encontrar capacidad (un 20 por ciento adicional).

Sin embargo, la adopción de nuevas tecnologías emergentes, incluida la recuperación de partículas gruesas, la lixiviación de sulfuros y la optimización de procesos con aprendizaje automático, tiene el potencial de cerrar una parte importante de esa brecha (Anexo 1). Los obstáculos para la comercialización y la adopción generalizada no son triviales, y las cifras presentadas en este artículo son una estimación de todo el potencial, no un pronóstico. Pero las palancas tecnológicas deben reconocerse junto con el desarrollo de nuevas minas como parte de la solución.

La tendencia a la baja en las leyes de cabeza de cobre está bien establecida y es poco probable que se revierta. De manera similar, se están agotando los yacimientos de mineral de óxido, que no requieren concentradores y pueden procesarse mediante rutas que requieren menos capital. La industria minera ha respondido a estos desafíos procesando volúmenes cada vez mayores de minerales de sulfuro. De hecho, en los últimos diez años, el volumen de mineral enviado a las concentradoras ha aumentado en 1.100 millones de toneladas métricas, lo que representa un crecimiento del 44 por ciento.

El analisisen este artículo fue posible gracias a MineSpans, que es una solución patentada de McKinsey que proporciona a los operadores e inversores mineros curvas de costos sólidas, modelos de oferta y demanda de productos básicos y modelos ascendentes detallados de minas individuales.

Para el cobre, MineSpans ofrece datos a nivel de mina sobre 390 minas primarias de cobre y 170 minas secundarias y rastrea más de 300 proyectos de desarrollo activos.

Sin embargo, para suministrar a través de métodos tradicionales el cobre necesario para la transición energética, las mineras tendrán que repetir esta hazaña nuevamente, aumentando el volumen de mineral procesado en otro 44 por ciento para 2031 (ver el recuadro “Acerca de la investigación”). De los 1.600 millones de toneladas métricas adicionales de mineral necesarios, 600 millones de toneladas métricas pueden ser proporcionados por minas o ampliaciones anunciadas recientemente. Sin embargo, persiste una brecha de mil millones de toneladas por año. Es imperativo extraer más metal del mineral que se extrae.

Tres desarrollos tecnológicos están ganando aceptación y escala en toda la industria y pueden contribuir significativamente a cerrar la brecha de suministro: recuperación de partículas gruesas, lixiviación de sulfuros y optimización de procesos con aprendizaje automático.

Los circuitos de flotación de sulfuro convencionales son más efectivos para recuperar partículas que contienen metales de la suspensión cuando esas partículas tienen un tamaño de entre 50 y 150 micrones.1 Equivalente a una milésima de milímetro. Por encima o por debajo de este rango, las recuperaciones disminuyen significativamente, con la tasa de disminución más pronunciada para la recuperación de partículas gruesas (Anexo 2).

Los obstáculos para la comercialización y la adopción generalizada no son triviales, y las cifras presentadas en este artículo son una estimación de todo el potencial, no un pronóstico. Pero las palancas tecnológicas deben reconocerse... como parte de la solución.

Existen tecnologías destinadas a ampliar el rango de tamaño de partícula aceptable tanto para partículas finas como gruesas. Los acontecimientos recientes más interesantes se han centrado en la fracción gruesa.

La recuperación de los metales en la fracción gruesa ha sido un objetivo para los metalúrgicos de la flotación desde la primera aplicación comercial de la separación por flotación a principios del siglo XX. La mayoría de los desarrollos se centraron en mejorar el control del proceso de molienda para garantizar que una mayor cantidad de metal recuperable se encuentre dentro del rango crítico. Sin embargo, este enfoque está alcanzando sus límites naturales y con frecuencia tiene el costo de un rendimiento reducido o mayores gastos de capital para construir sistemas de triturado cada vez más complejos.

Dos líneas de desarrollo ofrecen la posibilidad de llevarnos más allá de esta dinámica: el desbaste del circuito de molienda y la eliminación de partículas gruesas.

Desbaste del circuito de rectificado, como el sistema CiDRA P29,2 también se puede emplear como eliminador al final del circuito de flotación. aborda el desafío recuperando partículas directamente del circuito de molienda. El sistema se basa en el desarrollo de un nuevo material innovador que actúa como la llamada esponja de cobre, atrayendo y reteniendo partículas mineralizadas basándose en las mismas propiedades hidrofóbicas que las hacen flotar durante la flotación. A diferencia de los sistemas que tienen efecto más abajo, el desbaste del circuito de molienda ofrece la posibilidad de reducir directamente la carga de recirculación en los molinos de bolas, aumentando el rendimiento del molino de bolas hasta en un 20 por ciento con un tamaño de molienda constante.

Los operadores deberán decidir cómo aprovechar el dividendo de una mayor eficiencia del molino de bolas, lo que podría verse como una oportunidad para impulsar el rendimiento o para reducir el tamaño de la molienda y aumentar las recuperaciones a un rendimiento constante. La elección óptima dependerá de las propiedades del yacimiento y de la configuración existente de la planta de procesamiento. Sin embargo, incluso con permisos para una mayor limpieza del concentrado extraído por P29 y la consideración de otros cuellos de botella del sistema común, el desbaste del circuito de molienda podría agregar entre 1,2 y 4,6 millones de toneladas métricas de producción anual de cobre para 2032. Además de estas ganancias de producción, proporcionalmente Reducir el consumo de energía por tonelada métrica de metal probablemente tendrá importantes beneficios ambientales.

La producción adicional de cobre probablemente también tendría una huella ambiental incremental limitada y podría representar una creación de valor económico significativa. Si el aumento potencial de la producción se extiende a todos los metales producidos a partir de minerales de sulfuro mediante un proceso de producción similar, mientras se valoran a los precios de mercado previstos (menos los costos de procesamiento adicionales),3 sobre la base de un precio del cobre de 10.000 dólares por tonelada métrica y una gama de pronósticos sobre otros metales metales a base de sulfuros. surge un conjunto de valor anual de entre 20.000 y 85.000 millones de dólares.

Eliminación de partículas gruesas se centra en ampliar el rango de tamaños de partículas durante la flotación agregando equipos al final del circuito. Un ejemplo es el sistema HydroFloat de Eriez,4 que también se puede emplear en la función de desbaste del circuito de molienda antes de que el material ingrese al circuito de flotación. que combina los principios detrás de dos tecnologías de separación convencionales: separación por densidad y flotación. Durante la flotación convencional, se introducen burbujas de aire en la lechada de mineral, momento en el que las burbujas se adhieren a las partículas que contienen minerales, las elevan a la parte superior del tanque y crean una espuma rica en metales que se puede quitar. Sin embargo, cuanto más gruesas sean las partículas de mineral, mayor será la probabilidad de que se desprendan de las burbujas de aire y vuelvan a hundirse en la lechada antes de que puedan ser retiradas. HydroFloat aborda este problema introduciendo capas dentro de las células que evitan que las partículas más gruesas se hunda, mejorando así sus posibilidades de recuperación.

En cuanto al impacto de esta tecnología, se empleó como eliminador al final de una planta de procesamiento, donde fue posible mejorar la recuperación entre un 2 y un 6 por ciento, asumiendo un tamaño de molienda constante y dependiendo de factores específicos del sitio. Aplicada en toda la industria, la flotación mejorada de partículas gruesas puede generar entre 0,5 millones y 1,5 millones de toneladas métricas adicionales de producción anual de cobre para 2032. Si se aplica en todos los metales encontrados en depósitos de sulfuro, la tecnología representa una creación de valor potencial de entre 9 mil millones y 26 mil millones de dólares. por año.

Los beneficios del desbaste del circuito de molienda y la flotación de partículas gruesas se extienden más allá de sus funciones principales de aumentar la operación de los concentradores para mejorar las recuperaciones y el rendimiento. En primer lugar, las partículas gruesas de mayor tolerancia que crean esas tecnologías implican una oportunidad para reducir el consumo de agua y energía y al mismo tiempo alcanzar los mismos objetivos de producción. En segundo lugar, el desbaste del circuito de molienda y la flotación de partículas gruesas también abren la posibilidad de reprocesar antiguas instalaciones de relaves y hacer que otras expansiones de terrenos abandonados para operaciones mineras cercanas al final de su vida útil sean económicas, extendiendo la producción con bajos costos de capital y ambientales y con una incertidumbre regulatoria reducida. Finalmente, estas tecnologías brindan la oportunidad de repensar el diseño de minas totalmente nuevas, reduciendo los requisitos del circuito de molienda para la misma producción y, por lo tanto, ofreciendo ahorros en los requisitos de capital y el uso de agua y energía.

Las tecnologías basadas en lixiviación se han aplicado tradicionalmente a yacimientos de óxidos o sulfuros secundarios. Sin embargo, desarrollos recientes pueden ayudar a extender esta vía de procesamiento a cuerpos minerales de sulfuro primario.

Los sulfuros primarios normalmente se procesan en plantas que utilizan sistemas basados ​​en flotación. La flotación es generalmente económica para minerales con niveles de cobre superiores al 0,25 por ciento,5 como ley de cobre promedio para una sola mina de productos básicos. Las leyes de corte a menudo serán más bajas, particularmente si están respaldadas por importantes ingresos por subproductos. de la cual la flotación puede recuperar entre el 85 y el 90 por ciento. Los minerales inferiores a esta ley normalmente se descartan como desechos. Sin embargo, la lixiviación de sulfuro primario ofrece una vía para recuperar cobre a partir de material que actualmente se encuentra por debajo de la calidad del molino y se considera desperdicio.

Varias tecnologías distintas están abriendo el espacio de lixiviación de sulfuros primarios. Algunos se han centrado en soluciones basadas en cloruro, mientras que otros, como el sistema Nuton de Rio Tinto, se han centrado en la biolixiviación. Se informa que los resultados técnicos en las pruebas en Kennecott y otros sitios son alentadores, pero Nuton también se destaca por la innovación en el modelo de negocios que ha adoptado.6Daniel Gleeson, “Rio Tinto's Nuton ready to apalancar su legado de investigación y desarrollo de lixiviación”, International Mining, 14 de octubre de 2022. Aprovechando los beneficios ambientales y el menor requisito de capital para el desarrollo minero en comparación con la flotación de sulfuro convencional, Rio Tinto celebró acuerdos con empresas junior como McEwen Mining y Arizona Sonoran para utilizar la tecnología Nuton para el desarrollo minero totalmente nuevo.

Más allá de los desarrollos dentro de las principales empresas mineras, Jetti Resources, un proveedor de servicios independiente, está trabajando con propietarios de minas para utilizar un sistema basado en catalizadores para lixiviar sulfuros primarios en sus sitios. En diciembre de 2022, Jetti informó de 23 proyectos activos, en colaboración con una serie de importantes empresas mineras. Una ronda de financiación serie D de 100 millones de dólares en octubre de 2022 valoró a la empresa en 2.500 millones de dólares y atrajo la participación de importantes mineras y empresas manufactureras.

Las limitaciones prácticas relacionadas con la construcción y operación de plataformas de lixiviación en pilas pueden limitar la aplicación de esta tecnología en primera instancia a los desechos mineralizados de la mina en lugar de a los relaves o a las reservas de desechos mineralizados existentes. Aún queda camino por recorrer para llegar a la comercialización. Sin embargo, si se superan las barreras actuales para finales de la década, podría haber 2,4 millones de toneladas métricas adicionales de producción de cobre refinado por año para 2032, con un menor uso de agua y perfil de riesgo de relaves que el asociado con las actuales tecnologías basadas en flotación. vías de producción. Esto podría representar una oportunidad de 45 mil millones de dólares por año en todos los metales basados ​​en sulfuros.

Uno de los desafíos clave del procesamiento de minerales es que, hasta cierto punto, cada yacimiento es variable. Día tras día, y a veces hora tras hora, las características de los minerales que se introducen en la planta de procesamiento variarán, respondiendo a la configuración del proceso de diferentes maneras. Por lo tanto, mantener la configuración óptima de la planta para recuperar la mayor cantidad de metal y al mismo tiempo garantizar la pureza requerida del concentrado producido sigue siendo un desafío perpetuo.

Tradicionalmente, ajustar la configuración de la planta era competencia de los metalúrgicos de la planta, quienes recurrían a una combinación de estudio académico, experiencia profesional y conocimiento del yacimiento específico. Como ocurre con cualquier proceso controlado por humanos, los factores humanos ejercen una influencia significativa en los resultados, lo que a veces resultó no solo en excelencia sino también en pérdida de producción debido a una toma de decisiones subóptima.

El desarrollo del aprendizaje automático y su aplicación al control del procesamiento de minerales durante los últimos cinco años ha añadido un nivel de rigor y coherencia.7 Para obtener más información sobre esta aplicación, consulte Red Conger, Harry Robinson y Richard Sellschop, “Inside a mining company's AI Transformation”, McKinsey, 5 de febrero de 2020. Las mejores aplicaciones de su clase tienden a conservar el papel central de un operador de planta experimentado, pero también brindan indicaciones y datos para que el operador actúe. Mantener a un ser humano informado garantiza que las decisiones permanezcan centradas en el panorama más amplio y no se vuelvan puramente algorítmicas, al tiempo que se captura la velocidad y la coherencia que el aprendizaje automático y la IA pueden proporcionar.

Al garantizar que las plantas de procesamiento trabajen consistentemente en el rango superior de sus capacidades, el aprendizaje automático puede agregar entre un 2 y un 4 por ciento a la recuperación de metales y entre un 5 y un 15 por ciento al rendimiento. Estas mejoras ofrecen un aumento en la producción global de las minas existentes y planificadas de medio millón a un millón de toneladas métricas de cobre refinado para 2032, creando entre 9 mil millones y 18 mil millones de dólares en valor por año en todos los concentradores de sulfuro.

Hay una serie de acciones que las partes interesadas pueden tomar para aprovechar todo el potencial de estas oportunidades.

Para las grandes empresas mineras, las nuevas tecnologías mencionadas, como la recuperación de partículas gruesas, la lixiviación de sulfuros y la optimización de procesos con aprendizaje automático, resaltan la importancia y la contribución potencial de los grupos de innovación internos. Estas funciones pueden ir mucho más allá de las mejoras incrementales (en el mejor de los casos, acompañan a los proyectos de exploración y de capital como impulsores del crecimiento futuro) y probablemente serán la clave para que estas tecnologías pasen de ser pilotos prometedores a convertirse en prácticas industriales estándar. Los principales mineros también pueden seguir buscando formas flexibles y ágiles de trabajar con empresas junior o proveedores de servicios para asegurarse de aprovechar las mejores ideas de toda la industria.

Además, estas tecnologías reafirman la importancia de los desarrollos industriales abandonados. El potencial para maximizar los beneficios en este espacio (con una menor huella ambiental y medios de vida continuos para las comunidades locales) sigue siendo atractivo. A medida que los precios de las materias primas aumentan y la tecnología hace más posibilidades, incluso los sitios que han cesado por completo la producción pueden volver a generar valor económico.

Para las jóvenes, los proveedores de servicios y las instituciones de investigación, las principales empresas mineras están abiertas a hacer negocios, buscando socios y creando oportunidades. De esta manera, las grandes empresas pueden brindar acceso a proyectos de escala y apoyar el crecimiento de los unicornios de tecnología minera.

Estas tecnologías también ofrecen nuevas opciones para proyectos totalmente nuevos. La “mina del futuro” podría requerir una capacidad de molino de bolas mucho menor para obtener la misma producción basada en tecnología de desbaste de circuito de molienda, lo que reduciría los requisitos de capital, el uso de agua y las emisiones de CO2. Asimismo, la lixiviación de sulfuros ofrece la posibilidad de un enfoque incremental y de bajo gasto de capital para el desarrollo de depósitos de cobre de baja ley que anteriormente requerían la construcción de concentradoras intensivas en capital. Este enfoque puede permitir un modelo de desarrollo incremental similar al que se utiliza a menudo para los depósitos de oro, particularmente en áreas de alto riesgo, donde el capital en riesgo y el período de recuperación son criterios de inversión críticos. De manera similar, para las comunidades locales que aceptarían algo de minería pero no están seguras de querer comprometerse con un megaproyecto, la opción de una vía de desarrollo minero incremental podría ser atractiva.

Para los compradores de metales, las limitaciones de suministro que enfrentan los metales necesarios para la transición energética pueden parecer desalentadoras, pero las nuevas tecnologías de procesamiento de minerales son una indicación de que el ingenio humano y la economía de mercado tienden a encontrar una manera de satisfacerlas. Sin embargo, esto no es una invitación al optimismo pasivo: los compradores tienen un papel en el trabajo con la cadena de suministro financiando y promoviendo avances tecnológicos donde puedan. Esto requiere un análisis cuidadoso y mantenerse al tanto de las tendencias de la industria.

A medida que el mundo se electrifique, será difícil satisfacer la demanda de cobre. Sin embargo, con las nuevas e innovadoras tecnologías de minería y procesamiento, hay esperanza. Los actores de toda la industria, desde operadores de minas hasta desarrolladores y compradores de metales, pueden tomar medidas hoy para respaldar la implementación de estas nuevas tecnologías e innovar más. Si lo hacen, podrían proporcionar a la humanidad los recursos clave que necesita para el futuro.

Scott Crookses consultor en la oficina de McKinsey en Londres;Jonathan Lindleyes consultor en la oficina de Stamford, dondeRichard Sellschopes socio principal;David Lipuses consultor en la oficina de Wroclaw;Eugenio Smith es socio de la oficina de Denver; yStephan van Zyles socio de la oficina de Vancouver.