Los científicos de la Universidad de Minería de San Petersburgo están desarrollando un método fundamentalmente nuevo para procesar los relaves de una de las empresas de la región de Arkhangelsk, que se dedica al procesamiento de diamantes. Proponen convertir los recortes en polvo de arcilla que, en combinación con agua y un aditivo mineral especial como reactivo, dará una suspensión, una base adecuada para crear fluidos de perforación. Forpost decidió averiguar cuán relevantes son estas investigaciones científicas.
Año tras año, Rusia bate récords de generación de residuos industriales: en 2021, las empresas nacionales generaron 8.450 millones de toneladas, lo que supone un 21,5 % más que en 2020 y un 9 % más que en 2019. Los líderes son las plantas mineras y metalúrgicas, cuyas actividades sustentan el desarrollo económico de cualquier país, pero al mismo tiempo tienen un impacto negativo en el medio ambiente, incluso a través de la formación de subproductos.
Por lo tanto, cuando los diamantes se extraen en una cantera de tuberías de kimberlita, el mineral, que consiste en diamantes y, principalmente, roca estéril, ingresa a la planta de procesamiento. Se envía a plantas de trituración y se tritura gradualmente en varios pasos. Luego se clasifica por tamaño: bajo la influencia de la gravedad y las fuerzas centrífugas, las partículas más pesadas que contienen un componente útil se asientan y las más livianas se lavan con agua.
La repetición de tales ciclos permite extraer incluso las partículas más pequeñas de piedras preciosas, pero lleva a la necesidad de eliminar grandes volúmenes de desechos, cuya estructura varía según las condiciones mineras y geológicas de una región particular del planeta. . En la región de Arkhangelsk, debido al alto contenido de saponita en el suelo, son lodos arcillosos que se hinchan durante el procesamiento debido a la inevitable saturación con agua.
Parcialmente, está involucrado en la circulación secundaria. Por ejemplo, se utiliza para la producción de fertilizantes, materiales de construcción, aditivos para alimentos para animales y lodos terapéuticos. Además, se utiliza en pantallas impermeables en vertederos de desechos tóxicos y cortinas en pequeñas represas hidroeléctricas. Sin embargo, la mayor parte del lodo debe almacenarse en relaves especiales, estructuras artificiales costosas que representan un peligro potencial tanto para los humanos como para el ecosistema. Es por eso que científicos de todo el mundo continúan trabajando en innovaciones que aliviarán el problema.
La singularidad del desarrollo de los investigadores de la Universidad de Minería es que el polvo de arcilla de saponita obtenido por ellos puede convertirse en un análogo de la bentonita, que se usa tradicionalmente para la fabricación de fluidos técnicos. En particular, fluidos de perforación. Al comparar las propiedades de la bentonita y la saponita, esperan que esta última incluso supere a la tecnología existente en una serie de indicadores.
“En contacto con el agua, la arcilla de saponita da una suspensión, cuyas partículas quedan bien retenidas en todo el volumen, lo que asegura la uniformidad y la viscosidad del sistema. La estabilidad es una propiedad importante para los fluidos de perforación, porque el asentamiento de partículas sólidas dentro del pozo en el taladro puede crear una carga adicional en el equipo y provocar su desgaste prematuro. Las partículas de bentonita usada tradicionalmente se retienen en el volumen de la solución como resultado de la adición de reactivos poliméricos. Pero para obtener un fluido de perforación utilizando saponita, se requerirá una cantidad menor de polímeros, es decir, en el futuro, no solo permitirá aumentar el tiempo de respuesta de los equipos de fondo de pozo, sino que también hará que el proceso de perforación sea más amigable con el medio ambiente”, explica la estudiante de posgrado del Departamento de Tecnologías Químicas de Procesamiento de Energía, investigadora del Centro Científico "Problemas de procesamiento de recursos minerales y tecnogénicos", Maria Toropchina.
Para cada pozo, debido a las diferencias en las condiciones geológicas y técnicas de perforación, es necesario seleccionar fluidos que sean únicos en sus propiedades. Por lo tanto, los científicos en el curso de experimentos de laboratorio destinados a mejorar los indicadores de calidad de una suspensión de saponita con un aditivo mineral se guían por las características de la solución que se usa en un campo real. Ya han conseguido un éxito evidente en el campo de la reología, por lo que ahora los principales esfuerzos se dirigen a mejorar las propiedades de filtración de la emulsión.
“Esperamos que el polvo de arcilla de saponita que obtendremos pueda ser utilizado como agente formador de estructura para fluidos de perforación. En la etapa de estudios de laboratorio, es difícil hablar sobre las consecuencias a largo plazo para mejorar la eficiencia de la perforación, pero ya hemos desarrollado una tecnología para obtener una suspensión y descubrimos a qué procesamiento debe someterse para lograr mejores propiedades reológicas y de filtración”, aclara Maria Toropchina.
En la próxima etapa de investigación, los representantes de la Universidad de Minería de San Petersburgo deberán organizar la producción de una suspensión a escala semi-industrial. A continuación, será el turno de las pruebas piloto con el uso de líquido en un campo real, y luego la salida para obtener un producto final a partir del lodo. Por supuesto, la calidad de la innovación y la velocidad de su introducción en la producción dependerán en gran medida del nivel de integración de la universidad con los actores del mercado: empresas mineras y de petróleo y gas. Pero dado que los socios de la Universidad de Minería incluyen docenas de empresas mineras, químicas y energéticas emblemáticas, prácticamente no hay duda sobre la capacidad de sus científicos para capitalizar su investigación científica.
