La búsqueda de sostenibilidad en las industrias se ha vuelto una necesidad a nivel global. La construcción y la minería no son la excepción: la producción de cemento es responsable del 8 % de las emisiones globales de CO₂ y, por cada tonelada de cobre refinado, se generan 2,2 toneladas de escorias de cobre. Este residuo, que suele acumularse en grandes cantidades, representa un desafío ambiental, especialmente cuando no se aprovecha y puede generar riesgos para las comunidades aledañas. Este desafío es particularmente relevante para Chile, uno de los principales productores de cobre del mundo, donde encontrar formas de reutilizar estos residuos podría contribuir a reducir el impacto ambiental de la actividad minera.
Además, dado que el hormigón es el material de construcción más utilizado en el mundo, el crecimiento de la población aumenta la necesidad de construir más edificios y, con ello, los índices de contaminación de esta industria. Por tanto, la búsqueda de materiales cementicios suplementarios (MCS) se ha vuelto tendencia en investigación en ingeniería civil para reducir la huella de carbono de la industria de la construcción
Explorando nuevas posibilidades para las escorias
En este contexto, Jocelyn Lincoleo Oyarce, estudiante de Ingeniería Civil Estructural, realizó una pasantía de dos meses en la Universidad de Notre Dame, Estados Unidos, gracias al programa internacional The Bridge Investigación. Bajo la supervisión del Dr. Yahya Kurama, se integró a un equipo que estudiaba el potencial de las escorias de cobre como reemplazo parcial del cemento y su posible aplicación en la construcción.
Figura 1: Equipo de Investigación conformado por el Dr. Yahya Kurama (derecha) y Jocelyn Lincoleo (izquierda)
Lo que revela el magnetismo
Como parte de la investigación, se exploró la separación del hierro presente en las escorias de cobre, que representa cerca del 40 % de su peso, mediante sus propiedades magnéticas. Esta modificación buscaba comprender si separar sus componentes podía mejorar su potencial como material cementicio suplementario (MCS). Aunque investigaciones previas han mostrado que estas escorias pueden reemplazar parcialmente el cemento, su contenido de material inerte puede disminuir la resistencia a la compresión del hormigón.
Posteriormente, Jocelyn realizó una caracterización fisicoquímica de las fracciones magnética y no magnética en el Materials Characterization Facility (MCF) de Notre Dame . El análisis incluyó difracción de rayos X (XRD), que permite identificar los compuestos presentes en el material, y fluorescencia de rayos X (XRF), que permite conocer su composición química. También se analizó el tamaño de las partículas mediante imagenología (PSD) y se midió la masa específica de las muestras.
De la idea al terreno: construir, probar e instalar
Figura 2: Equipos utilizados para la caracterización de escorias de Cobre
Figura 3: Jocelyn trabajando con PSD en el laboratorio, Productos de la separación magnética: a) Escoria de cobre; b) porción magnética escoria; c) porción no magnética escoria.
Además, Jocelyn tuvo la oportunidad de presentar su investigación en la clase de pregrado Civil Engineering Materials dirigida por el Dr. Patrick Brewick donde compartió los avances de su trabajo y promovió el interés de otros estudiantes por la investigación.
Las pistas que deja el material
Entre los resultados obtenidos, se observó que el contenido de cromo, molibdeno y titanio es menor en las muestras no magnéticas en comparación con las magnéticas. Esto aporta indicios de la composición química de la fracción magnética de la escoria de cobre.
Además, no se observaron variaciones importantes en el peso específico que pudieran confirmar que la porción magnética de la escoria de cobre corresponda a magnetita. En conjunto, los resultados permiten interpretar que esta fracción podría ser magnetita con trazas de otros elementos o bien otro compuesto químico con propiedades magnéticas.
Por otro lado, al analizar la distribución del tamaño de partículas, se logró demostrar que la superficie específica de las porciones no magnéticas presenta aproximadamente 4 y 6 veces las superficies específicas de la escoria sin tratar y la porción magnética, respectivamente. Esto es altamente relevante pues una mayor superficie específica está directamente relacionada con mayor actividad en la hidratación del cemento. Este resultado constituye un indicio importante para determinar si la modificación física por separación magnética pueda efectivamente contribuir para mejorar el desempeño de las escorias de cobre como MCS.
Aunque no fue posible completar el análisis XRD durante el tiempo disponible, los resultados mostraron una alta presencia de material amorfo en todas las muestras de escoria de cobre. Esto significa que gran parte del material no presenta una estructura interna ordenada. Un análisis más detallado permitirá estudiar mejor su composición e identificar posibles diferencias entre las fracciones magnética y no magnética.
Estudiante de Ingeniería Civil Estructural
University of Notre Dame
Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción
Si bien los resultados de la pasantía aún deben complementarse con pruebas mecánicas, los análisis realizados aportan información para comprender mejor las características de las escorias de cobre y evaluar su potencial como reemplazo parcial del cemento.
Esta experiencia destaca el valor de la colaboración internacional y la importancia de acercar a futuros ingenieros e ingenieras a la investigación desde etapas tempranas de su formación. Aunque aún queda camino por recorrer, estudiar las escorias de cobre abre nuevas posibilidades para aprovechar este residuo y explorar alternativas más sostenibles para la construcción y la minería, dos industrias fundamentales para el desarrollo nacional y global.
El potencial que queda por descubrir
Estudiante de Ingeniería Civil Estructural
