La explotación de yacimientos fosfáticos puede ser a cielo abierto (open pit) o subterránea. Más del 75% de la roca fosfática económicamente explotable de origen sedimentario se extrae a cielo abierto empleando desde métodos manuales hasta los de alta tecnología de extracción.
Las primeras explotaciones en pequeña escala en Inglaterra, Francia, España datan de 1840. Años más tarde (1860) se conocen datos de Noruega y Alemania. Entre 1863 y 1895 la roca extraída en Ontario y Quebec se llevaba a Inglaterra para su procesamiento.
Para analizar un ejemplo completo se eligieron los yacimientos de fosfatos de la Florida (USA). El descubrimiento se hizo en 1881 durante la prospección de gravas fluviales (placeres) en busca de oro.
Actualmente se explota la "matrix" de la unidad Bone Valley Fm (Plioceno) con un espesor promedio de 36m.
Simultáneamente con la explotación se hacen tareas de perforación para encontrar nuevas áreas productivas. La ley de fósforo promedio es entre 15 y 18%.
¿Cómo comienza la explotación?
Los parámetros a tomar en cuenta para el desarrollo de la explotación y beneficio del depósito son:
a) La proporción, distribución, tamaño de granos y características texturales.
b) El contenido de fosfato en los depósitos explotables varía entre más del 40% a menos del 5%. Es esencial el proceso de remoción de impurezas sobre la muestra total para beneficiar y por lo tanto aumentar la ley del concentrado.
c) La relación de los constituyentes químicos. Se utiliza en general como criterio de evaluación mineralo-metalúrgica la relación CaO/P2O5. En el caso de apatitas puras de origen ígneo esa relación es 1,32 en tanto que en la francolita el rango varía entre 1,66 a 1,32.
d) Las características de las menas. Por ejemplo si la relación CaO/P2O5 es baja y los contenidos de Fe2O3 y Al2O3 son elevadas sugiere que existen zonas desfavorables dentro de la mena y esto permite plantear guías de exploración. Las áreas desfavorables deben ser descartadas para realizar los cálculos de recursos/ reservas.
e) En los depósitos de baja ley el consumo de energía y reactivos químicos son mayores por tonelada de fosfatos producidos, consecuentemente el costo de recuperación y beneficio aumenta significativamente.
Los pasos de la explotación:
1. Lo primero que se debe hacer es limpiar el área. Esta tarea consiste en el retiro de plantas y otros vegetales del sector a explotar.
2. Luego se remueve la sobrecarga (nivel de arena, limo y arcilla por encima del horizonte de fosfato). Ésta se apila para ser utilizada post-explotación (Remediación). Para la extracción se utilizan dragalinas (caso IMC) con una capacidad de de 2000 tn/hora, lo que lleva a 50.000 tn/día y unas 12.000.000 de tn/año. Generalmente se trabajan 11 meses. Se toma uno para mantenimiento. La dragalina tiene 65 tn de peso con un brazo de 70 mts y 50 tn de capacidad de balde.
3. Luego de ser removida la sobrecarga se extrae el horizonte fosfático 'matrix' de 1,5 a 4,5 m de espesor.
El material de la pala que se denomina "Matriz" es una mezcla inconsolidada de pellets fosfáticos, gravas, calizas fosfatizadas, cuarzo, limo y arcilla. La recuperación promedio es de 10.500 tn/ha.
4. Arranque hidráulico. Se hace con mangueras a alta presión formando así una pulpa (slurry) compuesta por agua más material, la cual es llevada por cañerías a la primera planta.
El material removido y llevado a los "lavaderos" es pasado por clasificadores donde se separa de la "matrix" los clastos y las arcillas.
5. Luego se realiza un tratamiento de flotación con aminoácidos. Así se llega al producto final concentrado.
¿Qué ocurre después de la explotación?
Una vez que termina la explotación, equipos de Ingenieros, biólogos, ecólogos y geólogos comienzan la remediación es decir volver a las condiciones casi similares a las existentes antes de la explotación.
En 1975 la legislatura de Florida dicta una ley de remediación y con esto comienza una nueva era en la industria del fósforo.
El horizonte superior (estéril) que había sido removido en la etapa inicial se usa para cubrir los terrenos minados. Se le agrega esta sobrecarga (arena-arcilla) para emparejar el terreno, y además una capa de suelo que permite plantar árboles y cultivos.
También se le puede dar a estos terrenos recuperados otros usos tales como:
- canchas de golf
- áreas de caza y pesca
- sitios industriales
- plantas de energía
- autopistas
- granjas
- habitat de vida silvestre
- pasturas
- parques
- centros comerciales
- edificios públicos
Tratamiento del material fosfático:
Mientras algunas rocas fosfáticas (fosforitas solubles) pueden ser utilizadas sin ningún proceso para su aplicación directa, la gran mayoría deben ser tratadas previamente.
La importancia estratégica que merece la roca fosfórica se debe a que es la materia prima para fabricar fertilizantes fosfatados, a través de su producto principal el ácido fosfórico, para lo cual la roca fosfática se hace reaccionar con ácido sulfúrico por vía húmeda. La reacción química simplificada es:
Se obtiene ácido fosfórico y una gran cantidad de yeso como subproducto, denominada fosfoyeso.
La relación molar entre el yeso y el ácido fosfórico es 5:3, y su relación de masas es 3:1. Cada 3 tn de yeso se produce 1 tn de ácido fosfórico. Desde mediados de los 80 la producción anual de fosfoyeso ha sido de 40 a 47 tn metricas/año. En Florida central, se producen 32 M tn al año de fosfoyeso. Las pilas llegan a 1 billón de Tn.
La principal fuente de P asimilable proviene de la fabricación de los llamados superfosfatos. Los fertilizantes fosfatados más difundidos son principalmente los fosfatos de amonio, (mono y di amónico) y el superfosfato triple. Otros fertilizantes pueden derivarse, como los polifosfatos de amonio, fosfatosulfatos de amonio, y otros de uso minoritario.
- Superfosfato simple (SSP): Ca (H2PO4)2 + CaSO4. 2 H2O, con 20 % de P2O5
- Superfosfato concentrado (TSP): Ca (H2O PO4)2 H2O, con 40-50 % de P2O5
- Monoamonio fosfato: NH4H2PO4
- Fosfato diamónico: (NH4)2HPO4
¿Cómo se podría solucionar el problema del fosfoyeso?
Una posibilidad sería hacer reaccionar el yeso con carbonato de amonio:
CaSO4 . 2 H2O + CO3 (NH4)2 → SO4(NH4)2 + CO3Ca + 2 H2O
fosfoyeso
Los elementos radiactivos son concentrados en el CO3Ca por lo que no es utilizable. Aquí más allá que queda un residuo, la cantidad de material radiactivo sería menor. Esto daría un 30% - 60% menos de material residual. Aún esto no se ha puesto en práctica.
Uranio en fosfatos:
Las concentraciones de U y radio-226 en muestras de las pilas tienen 10 veces más que el contenido en los suelos para U y 60 veces más en radio-226. Las fosforitas contienen 0,005 - 0,020 % U. Durante la producción del ácido fosfórico el U puede ser extraído como subproducto. Además se encuentran As, Cd y otros minerales pesados.
EEUU tuvo en operación 8 plantas para la recuperación de uranio a partir del ácido fosfórico (6 en Florida, 2 en Louisiana). Otras plantas de producción también fueron utilizadas en Canadá, España, Bélgica (con fosfatos de Marruecos), Israel y Taiwan.
Ciclo de extracción de uranio a partir del proceso de producción de ácido fosfórico
(tomado de presentación de Luis López, CNEA 2012)
