Estudio de factibilidad técnico-económico para la recuperación de tierras raras desde cenizas volantes de carbón mineral mediante un proceso integrado de biolixiviación y electroprecipitación

Abstract

La creciente demanda global de tierras raras, impulsada por tecnologías limpias, contrasta con la alta concentración de su producción y los pasivos ambientales de la generación termoeléctrica a carbón en Chile. El presente estudio evalúa la factibilidad técnico-económica de recuperar estos elementos críticos desde las cenizas volantes acumuladas en el depósito Pangue de Central Ventanas, mediante un proceso integrado de biolixiviación con bacterias acidofílicas nativas y electroobtención con filtros de nanotubos de carbono. El análisis contempla la caracterización del residuo y el diseño conceptual del proceso a escala piloto e industrial, así como la evaluación de mercado, la gestión de riesgos, el marco regulatorio aplicable y los resultados experimentales que proyectan eficiencias de extracción cercanas al 90% para elementos como lantano, neodimio e itrio. La evaluación económica, con una tasa de descuento del 12%, arroja un Valor Actual Neto (VAN) de 1.554.703 [USD] y una Tasa Interna de Retorno del 33%, con un periodo de recuperación de 4,08 años. Por otro lado, el análisis de sensibilidad muestra que el proyecto es robusto en escenarios optimistas y de shock regulatorio, pero vulnerable a precios del concentrado por debajo de los 45 [USD/kg], concluyendo que el proceso es técnica y económicamente viable, transformando así un pasivo ambiental en una fuente de materias primas estratégicas. Este modelo de negocio, basado en una alianza con la termoeléctrica, no solo ofrece rentabilidad, sino que también se alinea con los principios de economía circular y posiciona a Chile dentro de la cadena de suministro global de tierras raras, recomendándose avanzar en una fase piloto para validar los parámetros operacionales y consolidar las alianzas estratégicas. The growing global demand for rare earth elements, driven by clean technologies, contrasts sharply with the high concentration of their production and the environmental liabilities associated with coal-fired power generation in Chile. This study evaluates the techno-economic feasibility of recovering these critical elements from the fly ash accumulated in the Pangue deposit of the Ventanas Power Plant through an integrated process of bioleaching with native acidophilic bacteria and electrowinning using carbon nanotube filters. The analysis encompasses the characterization of the residue and the conceptual design of the process at pilot and industrial scale, as well as market evaluation, risk management, and the applicable regulatory framework. Also, experimental results project extraction efficiencies close to 90% for elements such as lanthanum, neodymium, and yttrium. The economic evaluation, using a 12% discount rate, yields a Net Present Value (NPV) of USD 1,554,703 and an Internal Rate of Return (IRR) of 33%, with a payback period of 4.08 years. Furthermore, the sensitivity analysis shows that the project is robust under optimistic and regulatory shock scenarios, but vulnerable to concentrate prices below 45 [USD/kg]. It is concluded that the process is technically and economically viable, thus transforming an environmental liability into a source of strategic raw materials. This business model, based on an alliance with the thermoelectric plant, not only offers profitability but also aligns with the principles of the circular economy and positions Chile within the global supply chain of rare earths. It is recommended to proceed to a pilot phase to validate operational parameters and consolidate strategic alliances.