Hay una historia contada sobre un minero que encontró latas de cobre en su basura de basura en los primeros días de la minería. Las aguas residuales de la minería de cobre habían fluido a través de su tierra, dijo, y convirtió latas de acero en cobre.
La historia puede ser apócrifa, pero el proceso es real y se llama cementación. Montana Resources, la compañía minera que se hizo cargo de Anaconda Copper Company, todavía usa este truco alquímico en un proceso en su mina continental en Butte, Mont.
Junto a la mina está el Pit Berkeley, que está lleno de 50 mil millones de galones de una cerveza tóxica altamente ácida. Montana recursos tuve líquidos del pozo, lo que le permite cascade en pilas de hierro de chatarra. El hierro se convierte en cobre y se recoge para la producción.
Si bien los métodos para eliminar los metales del agua han pasado mucho tiempo, en los últimos años la lucha global por metales críticos para la fabricación y los avances tecnológicos ha dado a luz a una nueva generación de tecnologías y procesos de extracción.
Una de las fuentes ricas en minerales en las que se centran los investigadores es aguas residuales, incluidas la salmuera de las plantas de desalinización, el agua de fracking de petróleo y gas y aguas residuales de la minería. Los investigadores de la Universidad Estatal de Oregon estiman la salmuera de las plantas de desalinización solas contienen metales valorados en aproximadamente $ 2.2 billones.
“El agua es el cuerpo de mineral del siglo XXI”, dijo Peter S. Fiske, director de la Alianza Nacional para la Innovación del Agua en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía, California. “La tecnología ahora nos permite elegir las montones de basura de aguas residuales y elegir los artículos de alto valor”.
La investigación sobre la extracción de tierras raras, un conjunto de elementos metálicos, a partir de los desechos, está muy extendida a medida que la necesidad de ellos aumenta significativamente. Investigadores de Indiana Geological and Water Survey en la Universidad de Indiana, por ejemplo, están estudiando el potencial para minería de tierras raras en desechos de carbón, incluidos cenizas volantes y relaves de carbón. E investigadores de la Universidad de Texas en Austin han creado membranas que imitan las naturales para separar las tierras raras de los desechos.
Las aguas residuales mineras no solo son más económicas y más rápidas que comenzar nuevas minas, sino que también es más limpia.
Entre los grandes premios transmitidos por el agua en el pozo al lado de Butte se encuentran dos elementos ligeros de tierra rara (REES), neodimio y praseodimio. Son vitales para imanes pequeños y potentes en vehículos eléctricos, para tecnología médica y para fines de defensa, como misiles y satélites guiados por precisión. Un solo avión de combate F-35 usa 900 libras de metales de tierra rara.
“Estamos convirtiendo una responsabilidad gigante en algo que contribuye a la defensa”, dijo Mark Thompson, vicepresidente de asuntos ambientales de Montana Resources. “Hay algo de metalurgia de alto nivel aquí. Cosas reales de Egghead”.
Este es un momento crítico para la investigación en la producción nacional de tierras raras. Estados Unidos no solo se retrasa muy por detrás de China, sino que la guerra comercial del presidente Trump ha estimulado a China a amenazar con restringir aún más las exportaciones minerales de la tierra rara como resultado de los aranceles de Trump. Los expertos en el Programa de Seguridad de Minerales Críticos en el Centro de Estudios Estratégicos e Internacionales dicen que la gran brecha permitiría a China expandir sus capacidades de defensa mucho más rápido que Estados Unidos.
Tanto Groenlandia como Ucrania son el foco de la atención de la administración Trump en gran parte porque los países tienen depósitos significativos de tierras raras.
Trump también acaba de ordenar al gobierno que se moviera hacia la extracción de grandes porciones del fondo del océano, incluso en las aguas internacionales, para sus riquezas minerales.
Hay 17 tipos de metales conocidos como tierras raras, todos los cuales se han encontrado en el pozo de Berkeley. No son raros en prevalencia, pero se les llama porque a menudo están dispersos en pequeñas concentraciones.
Las tierras raras se clasifican en dos tipos: pesado y ligero. Las tierras raras pesadas, como el disprosio, el terbio y el itrio, tienen un mayor peso atómico y suelen ser más raros, lo que significa que se venden en cantidades más pequeñas y son propensas a la escasez. Los metales ligeros, por el contrario, tienen un peso atómico más bajo.
El drenaje de la mina ácida es un contaminante altamente tóxico creado cuando la pirita que contiene azufre en la roca se expone al oxígeno y al agua durante la minería. El drenaje luego oxida y crea ácido sulfúrico y envenena las vías fluviales. Es uno de los mayores problemas ambientales del país, y decenas de miles de minas abandonadas han contaminado 12,000 millas de arroyos.
Sin embargo, el ácido también disuelve el zinc, el cobre, las tierras raras y otros minerales fuera de la roca y al agua, brindando una oportunidad para que la tecnología adecuada los extrae, que no existía hasta hace poco.
Paul Ziemkiewicz, director del Instituto de Investigación del Agua de la Universidad de West Virginia, ha investigado el agua del pozo en Butte durante 25 años. Él y un equipo de investigadores de Virginia Tech y L3 Process Development, una firma de ingeniería química, desarrollaron un método para extraer metales críticos del drenaje de minas ácidas en las minas de carbón de Virginia Occidental, el mismo proceso utilizado en Butte. Las bolsas de plástico grandes y densamente tejidas se llenan con un lodo en forma de barro de la planta de tratamiento de agua. El agua se filtra lentamente, dejando un preconcebato de aproximadamente 1 a 2 por ciento de tierras raras que necesitan un mayor refinamiento, con procesos químicos. El paso final en el proceso patentado es una extracción con solventes que crea elementos puros de tierra rara.
“Una de las cosas bonitas sobre el drenaje de las minas ácidas es que los concentrados que obtenemos están particularmente enriquecidos en pesadas tierras raras”, dijo el Dr. Ziemkiewicz. “Los luz no son tan valiosos”.
El Proyecto Butte está esperando que se hiciera una palabra sobre una subvención del Departamento de Defensa de $ 75 millones para construir un concentrador, el último paso necesario para refinar el preconcentrado a tierras raras y comenzar la producción a gran escala.
El zinc también es abundante en la mezcla de drenaje de mina ácida aquí y, debido a que tiene un precio más alto, es importante como una forma de pagar el proceso. El níquel y el cobalto también se extraen.
Si bien los elementos de la tierra rara tienen mucha demanda, China produce una mayoría y manipula los precios para mantenerlos bajos, lo que obliga a la competencia. Es por eso que el Departamento de Defensa está financiando gran parte del trabajo en elementos de tierra rara y otros metales. Estados Unidos tiene solo una mina operativa de tierras raras, en Mountain Pass, California, que produce alrededor del 15 por ciento del suministro global de tierras raras.
El pozo de Berkeley ha sido un doloroso dolor desde 1982, cuando, la Compañía de Cobre de Anaconda cerró la mina abierta, apagó las bombas y dejó que el agua la llene. El agua es tan ácida del drenaje de las minas ácidas que cuando decenas de miles de gansos de nieve volaron sobre su migración en 2016, muchos aterrizaron en la superficie y fueron envenenados rápidamente. Alrededor de 3.000 pájaros murieron.
Se requieren recursos de Atlantic Richfield y Montana para tratar el agua de pozo a perpetuidad para evitar que alcance los niveles que podrían contaminar el área subterránea del área. (Montana Resources extrae el pozo continental, al lado del pozo de Berkeley). La Ley de Agua Limpia requiere que las empresas traten el drenaje de las minas ácidas, un proceso costoso. Agregar otro nivel de tratamiento a la planta de Horseshoe Bend aquí es menos costoso que construir uno nuevo y puede compensar los costos del tratamiento o incluso obtener ganancias.
Ha habido docenas de esfuerzos de investigación para liberar los metales suspendidos del agua. El Sr. Thompson mostró un mapa con líneas que irradian desde Butte, mostrando dónde se habían enviado muestras de agua a instalaciones de investigación en todo el país. Pero el proceso de producción de metales que está sucediendo ahora es el primero que ha demostrado ser económico.
Si bien las riquezas en la sopa mineral aquí se conocen desde hace décadas, una forma de extraerlas fue difícil de alcanzar, hasta que el equipo del Dr. Ziemkiewicz desarrolló el nuevo método. Ha estado produciendo tierras raras en dos minas de carbón en Virginia Occidental, donde el drenaje de las minas ácidas es un problema. Cada mina produce cuatro toneladas de tierras raras al año.
El pozo de Berkeley, sin embargo, tiene una concentración mucho más rica de tierras raras en solución y un mayor volumen de agua y se espera que produzca 40 toneladas al año. El Dr. Ziemkiewicz cree que este proceso si se usa en otras minas eventualmente podría proporcionar casi todas las importaciones estadounidenses de elementos de tierra rara necesarios para fines de defensa, lo que, dijo, actualmente asciende a aproximadamente 1,400 toneladas.
Pero la demanda de tierras raras podría aumentar hasta en un 600 por ciento en las próximas décadas, según algunas estimaciones.
En el esfuerzo global para limpiar el agua y producir minerales críticos, el laboratorio de Lawrence Berkeley investiga una variedad de tecnología relacionada con el filtro de agua, especialmente experimentos para mejorar las membranas. Opera un acelerador de partículas llamado fuente de luz avanzada, que crea una luz de rayos X muy brillante que permite a los científicos estudiar varias membranas a escala atómica.
El laboratorio ha trabajado con investigadores externos para crear una nueva generación de filtros, llamado nanoSoSpongas, diseñados para atrapar una sola molécula objetivo, como el litio.
“Es un guante atómico”, dijo Adam Uliana, director ejecutivo de Chemfinity, una compañía de Brooklyn que estudia el uso de nanoespongas para limpiar muchos tipos diferentes de desechos. “Atrapa un solo tipo de metal”.
El litio, el cobalto y el magnesio son minerales críticos, además de tierras raras, que han atraído una considerable atención de los investigadores.
El intercambio de iones, una técnica probada para eliminar los metales y la contaminación del agua, está ganando interés. Lilac Solutions, una nueva empresa en Oakland, California, ha desarrollado las cuentas de resina especializadas necesarias para extraer el litio de la salmuera con el intercambio de iones y planea comenzar su primera instalación de producción en el Gran Lago Salt en Utah.
La tecnología de la compañía bombea salmuera a través de filtros de intercambio de iones, extrae el mineral y devuelve el agua a su fuente, un proceso que David Snydacker, el presidente de la compañía, dijo que causó muy poca perturbación ambiental. Si demuestra funcionar a escala, podría revolucionar la extracción de litio y reducir o eliminar la necesidad de minas subterráneas y abiertos.
Magrathea Metals es una nueva empresa en Oakland que fabrica lingotes de magnesio a partir de saltos salados que quedan después de que el agua de mar ha sido desalinada. La compañía permite que las salmueras se sequen, lo que deja las sales de cloruro de magnesio. Una corriente eléctrica, que puede utilizar energía renovable fuera de pico, calienta la solución y separa las sales del magnesio fundido, que se coloca en lingotes.
Su director ejecutivo, Alex Grant, dijo que este proceso es extremadamente limpio, aunque aún no se ha utilizado para fabricar magnesio a gran escala. El Departamento de Defensa ha financiado gran parte de su trabajo.
China produce el 90 por ciento del magnesio del mundo. El metal está fundido con algo llamado Pidgeon Process -. Calentado con hornos de carbón a alrededor de 2,000 grados, que es altamente contaminante e intensivo en carbono. El Dr. Fiske espera mucha más innovación.
“Tres vectores están convergiendo”, dijo. “El valor de algunos de estos materiales críticos está aumentando. El costo de la minería y la extracción convencionales está aumentando, y la seguridad de los proveedores internacionales, especialmente Rusia y China, está bajando”.
