La demanda de níquel para la transición global hacia energías limpias está creciendo a un ritmo sin precedentes. Sin embargo, el agotamiento de los recursos de níquel sulfurado de alta ley está obligando a la industria a dirigir su atención hacia minerales ultramáficos de baja ley y difíciles de aprovechar. Se estima que estos recursos albergan aproximadamente 45 millones de toneladas de níquel aún sin explotar. La Universidad de Toronto, en colaboración con Vale Base Metals, ha publicado recientemente un innovador estudio en la revista Communications Engineering de Nature, donde se reporta por primera vez un nuevo proceso de extracción de níquel a baja temperatura, predominantemente en estado sólido. Este proceso utiliza hierro metálico de bajo costo como "captador de níquel" (nickel getter), produciendo una aleación de ferroníquel con un contenido de níquel del 16% al 24% en aproximadamente 3 horas a temperaturas inferiores a 950 °C, sin emisiones de dióxido de azufre durante todo el proceso.

Una vez que esta tecnología se industrialice y promueva, tendrá un impacto profundo en la resiliencia y sostenibilidad de la cadena de suministro global de níquel.

Agotamiento de recursos de alta ley, los minerales ultramáficos: un "hueso duro de roer"

El níquel es una materia prima clave para el acero inoxidable, las aleaciones a base de níquel y las baterías de iones de litio, y su importancia estratégica se está volviendo cada vez más evidente en la transición hacia energías limpias. Sin embargo, tras años de explotación, los recursos globales de níquel sulfurado de alta ley se están agotando aceleradamente. Aunque los minerales ultramáficos de baja ley son abundantes, su compleja composición mineralógica y el alto contenido de ganga de silicato de magnesio han dificultado durante mucho tiempo su aprovechamiento económico y eficaz.

Existen principalmente dos rutas de extracción tradicionales: la primera es la fundición pirometalúrgica a alta temperatura, que consume enormes cantidades de energía y genera grandes emisiones de dióxido de azufre; la segunda es la lixiviación hidrometalúrgica, que implica procesos complejos, un alto consumo de reactivos y dificultades en el tratamiento de efluentes líquidos. Ambas rutas enfrentan cuellos de botella técnicos y económicos al procesar minerales ultramáficos de baja ley, lo que ha mantenido estos recursos "dormidos" durante mucho tiempo.

Cuatro avances del proceso en estado sólido a baja temperatura

El equipo del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Toronto, compuesto por Wei Lv, Fanmao Wang, Brian Makuza, Sam Marcuson y Mansoor Barati, en colaboración con el departamento de Tecnología e Innovación de Vale Base Metals, ha desarrollado un innovador proceso de tratamiento térmico que logra cuatro avances significativos:

Estrategia de "captador": hierro metálico de bajo costo "atrapa" selectivamente el níquel

La innovación central de este proceso radica en el uso de hierro metálico de bajo costo como "captador de níquel" (nickel getter). Bajo condiciones cuidadosamente controladas de temperatura, atmósfera y cantidad de hierro añadido, se generan condiciones termodinámicas favorables dentro del reactor, lo que permite que el níquel migre selectivamente desde el mineral y se enriquezca en la fase de aleación metálica.

A diferencia de métodos de investigación anteriores que aglomeraban polvo de hierro con concentrado y lo calentaban a unos 920 °C, este proceso logra una extracción eficiente a temperaturas inferiores a 950 °C. La esencia técnica es la siguiente: el hierro captura el azufre de los sulfuros, formando FeS no magnético, mientras que el exceso de hierro se combina con el níquel para formar una aleación de ferroníquel. Esta ruta de reacción de "desplazamiento en estado sólido" evita ingeniosamente las condiciones de alta temperatura y fusión requeridas por la fundición tradicional.

Respetuoso con el medio ambiente: eliminación total de las emisiones de dióxido de azufre

Uno de los mayores problemas ambientales de la fundición tradicional de níquel son las emisiones de dióxido de azufre. Este proceso elimina fundamentalmente la generación de SO₂ al estabilizar y confinar el azufre en una fase sólida de sulfuro. Este diseño convierte al proceso en una ruta de extracción sostenible, completamente alineada con los objetivos de producción de metales descarbonizada.

Rápido y eficiente: producción en 3 horas y partículas controlables

El tiempo de procesamiento de este proceso es de solo aproximadamente 3 horas, produciendo una aleación de ferroníquel con un contenido de níquel del 16% al 24%. Más crucial aún, el equipo de investigación logró un control preciso del tamaño y la morfología de las partículas de la aleación, lo que determina directamente la eficiencia de la separación posterior de la aleación de la ganga mediante métodos físicos. La controlabilidad del tamaño y la morfología de las partículas permite que métodos de separación física como la separación magnética funcionen de manera eficiente.

Validación a escala de planta piloto: un paso clave del laboratorio a la industrialización

Este proceso ya ha sido validado a escala de mini-planta (mini-plant scale), lo que marca que la tecnología ha superado la fase de laboratorio y cuenta con la base técnica para su ampliación industrial. La investigación contó con el apoyo técnico de Vale Base Metals y la financiación del Consejo de Investigación en Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá (NSERC).

¿Por qué es clave el "estado sólido a baja temperatura"?

La lógica de la extracción tradicional de níquel es la "fusión a alta temperatura": calentar el mineral muy por encima de su punto de fusión para licuar los componentes metálicos y luego separarlos. Esta ruta no solo consume enormes cantidades de energía, sino que también genera inevitablemente grandes cantidades de SO₂.

La innovación del equipo de la Universidad de Toronto se basa en el "desplazamiento en estado sólido": a temperaturas muy por debajo del punto de fusión, se aprovecha la reacción química entre el hierro y los sulfuros de níquel para que el níquel migre del mineral a la aleación en estado sólido. Las ventajas de este enfoque son:

Reducción significativa del consumo de energía: la temperatura de reacción se reduce de más de 1200 °C en la fundición tradicional a menos de 950 °C;

Sin necesidad de equipos de fundición: la reacción en estado sólido puede realizarse en reactores más simples;

El azufre queda "atrapado": el azufre existe de forma estable como FeS sólido, en lugar de emitirse como SO₂ gaseoso;

Simplificación del proceso: no se requieren sistemas complejos de tratamiento de gases.

Mediante un control preciso de la temperatura, la atmósfera y la cantidad de hierro añadido, los investigadores crearon condiciones termodinámicas favorables dentro del reactor, haciendo posible el enriquecimiento selectivo del níquel.

Desbloquear 45 millones de toneladas de recursos de níquel y remodelar la cadena de suministro global

Revitalizar los recursos globales de níquel ultramáfico "dormidos"

Se estima que los minerales ultramáficos globales contienen aproximadamente 45 millones de toneladas de níquel sin explotar. Esta cifra representa una proporción considerable de las reservas globales de níquel probadas. Una vez industrializada, esta tecnología transformará estos recursos, considerados durante mucho tiempo como "roca estéril", en recursos de níquel económicamente aprovechables, ampliando enormemente el límite de los recursos de níquel utilizables a nivel mundial.

Asegurar el suministro de níquel para la transición hacia energías limpias

El níquel es un componente clave de los materiales catódicos de las baterías de iones de litio (especialmente los materiales ternarios de alto contenido de níquel). Con el crecimiento explosivo del mercado de vehículos eléctricos, la demanda global de níquel está aumentando rápidamente. Esta tecnología proporciona una nueva fuente de recursos para aliviar la tensión en el suministro de níquel, sirviendo directamente a la transición global hacia energías limpias.

Impulsar la transformación ecológica de la producción de níquel

La característica de cero emisiones de SO₂ de este proceso contrasta fuertemente con la fundición pirometalúrgica tradicional. En un contexto global de mecanismos de fijación de precios del carbono cada vez más estrictos, esta tecnología ofrece a los productores de níquel una alternativa que combina viabilidad económica y respeto al medio ambiente, con el potencial de convertirse en un nuevo referente para la producción de níquel con bajas emisiones de carbono.

El producto obtenido puede destinarse directamente a la refinación para grado de batería

La aleación de ferroníquel (16%–24% de níquel) producida por este proceso puede procesarse posteriormente mediante procesos de refinación convencionales para obtener níquel de grado de batería. Esto significa que la tecnología no se limita a la fundición primaria, sino que puede integrarse sin problemas con las necesidades finales de la cadena industrial de nuevas energías.

De la "maldición de los recursos" a la "liberación de los recursos"

Los minerales ultramáficos han sido considerados durante mucho tiempo como un "hueso duro de roer": enormes reservas pero difíciles de aprovechar. Esta colaboración entre la Universidad de Toronto y Vale comenzó en 2023 con el establecimiento de una asociación de minería sostenible. Ahora, esta colaboración ha dado sus frutos.

El verdadero valor de esta tecnología radica en redefinir el límite de los "recursos explotables". A medida que los recursos de alta ley se agotan, la innovación tecnológica está transformando la antigua "roca estéril" en el futuro "mineral rico". Como señala el artículo, este proceso "amplía el panorama técnico de la extracción de níquel, contribuyendo a construir una cadena de suministro global de níquel más equitativa y resiliente".

En un momento de tensión persistente en el mercado global del níquel y de competencia entre países por asegurar las cadenas de suministro de minerales críticos, esta tecnología de "extracción de níquel en estado sólido a baja temperatura" es, sin duda, una bomba de gran impacto para el suministro sostenible de recursos de níquel a nivel mundial. Y esta vez, el epicentro de la explosión no es un horno de alta temperatura, sino una silenciosa "revolución en estado sólido".