Exergy Cost Assessment in Global Mining

Domínguez Vega, Rosa Adriana
Valero Capilla, Antonio (dir.) ; Valero Delgado, Alicia (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2014

Abstract: El desarrollo económico, social y tecnológico de la sociedad actual está fuertemente ligado a la extracción de recursos minerales. Una sociedad en constante crecimiento que consume estos recursos rápida e ilimitadamente. El continuo incremento de la demanda mundial de recursos minerales se debe en gran medida al crecimiento económico de China y otros países asiáticos, que demandan una gran cantidad de materias primas en los sectores de la construcción, la infraestructura y la manufactura. El agotamiento de los recursos naturales no renovables es la consecuencia de este progreso y constituye el mayor reto al que se enfrentará la industria minera. De ahí que la disponibilidad futura de los recursos minerales está adquiriendo importancia en los planes estratégicos de los gobiernos. Una vez que los minerales han sido extraídos, una serie de procesos que consumen grandes cantidades de energía son necesarios para producir materias primas utilizables. El requerimiento energético de la extracción de minerales y en su posterior procesamiento depende principalmente de la calidad y composición del mineral. Considerando la disminución en la ley mineral a nivel global, los consumos energéticos y los impactos ambientales se han venido incrementando continuamente. Adicionalmente, es necesario procesar más material para obtener una cantidad equivalente de metal. En este sentido, uno de los factores críticos que la industria minera tendrá que afrontar será la disponibilidad de energía para la extracción y el procesamiento de los minerales. Por lo anterior, es de suma importancia analizar y entender los procesos de la industria minera para determinar las posibles mejoras cuando se tiene en cuenta el factor de escasez de las materias primas. La primera actividad puede realizarse a través de un enfoque termoeconómico. La Termoeconomía ha sido utilizada tradicionalmente para la optimización de plantas termoeléctricas haciendo uso de la exergía como unidad de medida. En esta tesis doctoral, el análisis termoeconómico es adaptado y modificado, teniendo en cuenta la complejidad de los procesos mineros y metalúrgicos, en los cuales se presentan flujos de materias primas y energía. Cuando se considera el factor de escasez de los recursos minerales en este tipo de análisis, es necesario incluir una variable adicional. Esto se lleva a cabo a través del enfoque Exergoecológico propuesto por Valero et al. (2003). Conceptualmente, el metódo Exergoecológico permite realizar una evaluación de los recursos minerales utilizando los costos exergéticos de reposición, los cuales representan la exergía requerida para restituir los minerales que han sido totalmente dispersados en la corteza terrestre una vez que su vida útil ha terminado, al estado inicial de composición y concentración en el que se encuentran en las minas. De ahí que esta tesis tiene como objetivo principal adaptar y aplicar metodologías termoeconómicas que permitan realizar un Análisis de Ciclo de Vida absoluto de los recursos minerales: un análisis convencional de la “cuna” a la puerta de entrada (producción de las materias primas refinadas) y un análisis adicional de la “tumba” a la “cuna”, en el cual se cuantifique el factor de escasez de los minerales. El análisis exergético de los recursos minerales y los procesos metalúrgicos de la industria de la minería realizados en esta tesis, requirió el establecimiento de una serie de objetivos. El primero de ellos fue realizar un estudio detallado de las tecnologías y los consumos energéticos asociados a la industria minera y metalúrgica. Un segundo objetivo fue analizar la influencia del aprendizaje tecnológico y la disminución de la ley mineral en la disponibilidad de los recursos minerales, con el objetivo de conocer si la adquisición de experiencia a través del tiempo, ha sido capaz de evitar el aumento en la demanda de energía que presentan los procesos extractivos y de metalurgia. Los resultados obtenidos de las dos actividades anteriores, permitieron una importante mejora del método Exergoecológico: los costos exergéticos de reposición que tradicionalmente habían sido evaluados de manera estática, pudieron ser actualizados considerando la tendencia del decremento de la ley mineral. Una mejora adicional presentada en esta tesis fue resolver el problema de asignación de costos entre productos, subproductos y residuos que comúnmente aparecen en la industria minera y metalúrgica. Considerando los nuevos costos exergéticos de reposición obtenidos, se propuso un nuevo procedimiento de asignación de costos que será utilizado en el análisis termoeconómico aplicado a los procesos mineros y metalúrgicos. Otro objetivo de esta tesis, consistió en la integración del análisis termoeconómico realizado a través del Costo Termoecológico desarrollado por el grupo del ITC de la Silesian University of Technology, para combinar las ventajas de ambos enfoques para el análisis de la industria minera. Finalmente, cada objetivo descrito anteriormente fue aplicado a diferentes casos de estudio.

Pal. clave: ingeniería y tecnologías mecánicas ; industria minera ; termoeconomía ; engineering and mechanical technologies ; mining industry ; thermoeconomics

Knowledge area: Ingeniería mecánica

Department: Instituto de Investigación Mixto CIRCE

Nota: Presentado: 03 06 2014

Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Instituto de Investigación Mixto CIRCE, 2014