Apuntes de Geología de Minas Exploración y Evaluación R. Oyarzun
Mina de hierro El Romeral (La Serena, Chile) ___________________________________________________________________
Temas: Historia de la minería: antecedentes generales Recursos, reservas, disponibilidad de los mismos Exploración de recursos minerales Modelos en exploración
Mapas y técnicas de muestreo Estimación de reservas Métodos de explotación en minería subterránea Labores del geólogo en una mina Evaluación de impacto ambiental (EIA) en minería Minerales, metales, compuestos químicos, y seres vivos: una difícil pero inevitable convivencia ___________________________________________________________________
Historia de la Minería: Antecedentes Generales R. Oyarzun
Introducción El hombre ha sido minero desde los albores albores de la humanidad. humanidad. Primero a través de las industrias líticas: fragmentos de rocas o minerales más o menos menos trab trabaj ajado adoss para para su uso uso como como herr herrami amient entas as o armas; armas; lueg luego o continuó con los metales, extrayéndolos desde los minerales (Era del Cobre, Era del Bronce, Bronce, Era del Hierro), refinándolos refinándolos y combinándol combinándolos os en aleaciones a medida que progresaba, de paso, inventando la metalurgia. Esta es una historia de búsqueda de recursos, de su minería, y de las aplicaciones tecnológicas de los productos obtenidos.
Mapas y técnicas de muestreo Estimación de reservas Métodos de explotación en minería subterránea Labores del geólogo en una mina Evaluación de impacto ambiental (EIA) en minería Minerales, metales, compuestos químicos, y seres vivos: una difícil pero inevitable convivencia ___________________________________________________________________
Historia de la Minería: Antecedentes Generales R. Oyarzun
Introducción El hombre ha sido minero desde los albores albores de la humanidad. humanidad. Primero a través de las industrias líticas: fragmentos de rocas o minerales más o menos menos trab trabaj ajado adoss para para su uso uso como como herr herrami amient entas as o armas; armas; lueg luego o continuó con los metales, extrayéndolos desde los minerales (Era del Cobre, Era del Bronce, Bronce, Era del Hierro), refinándolos refinándolos y combinándol combinándolos os en aleaciones a medida que progresaba, de paso, inventando la metalurgia. Esta es una historia de búsqueda de recursos, de su minería, y de las aplicaciones tecnológicas de los productos obtenidos.
Reconstru Recons trucci cción ón de una ant antigu igua a ope operac ración ión de lixi lixivia viado do en pil pila a para la obtención de cobre, en Chipre hacia el siglo II D.C. 1: Cubi Cu bier erta ta im impe perm rmea eabl ble; e; 2: pi pila la de de ro roca cas s mi mine nera rali liza zada das s fragmentadas; 3: capa de guijarros (capa permeable); 4: techo y base de la galería de material no mineralizado impermeable; 5: estalactitas de vitriolo (CuSO4); 6: ánforas para recolectar las soluciones percolantes; 7: minero.
Si escribiéramos una pequeña lista con los principales hitos minerometalúrgicos (y tecnológicos asociados) de la humanidad ésta és ta incluiría: •
Era de Piedra (Paleolítico, Mesolítico, Neolítico) Era del Cobre : 6000 A.C. (comienzo).
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Era del Bronce: 2500 A.C (comienzo).
•
Era del Hierro: 1000 A.C. (comienzo).
•
Era del Carbón : 1600 D.C. (comienzo).
•
Revolución Industrial: 1750-1850 D.C.
•
Era del Petróleo: 1850 D.C. (comienzo).
•
Era Eléctrica: 1875 D.C. (comienzo).
•
Era Atómica: 1945 D.C. (comienzo).
•
La huma humani nida dad d pro progres gresó ó verti ertigi gino nosa same ment nte e dura durant nte e el sigl siglo o XX, XX, generando falsas ilusiones sobre lo que parecía un futuro muy alejado de sus balbuceantes comienzos industriales hacia fines del siglo XVIII,
comienzos del XIX. Pero cual es la realidad presente ? la sociedad sigue siendo absolutamente dependiente de los recursos minerales, con ejemplos tan clásicos como el hierro, cobre, zinc, y así un largo etc . El advenimiento de las nuevas tecnologías (e.g.,
microelectrónica) es complementario, y no alternativo en la mayoría de los casos. Basta con poner de ejemplo los materiales requeridos para la construcción de un edificio o una carretera (arena, grava, cemento, acero, zinc, cobre, etc), aviones o coches (una larga lista de metales comunes o especializados, materiales cerámicos), el tendido eléctrico (acero para las torres, cobre en el cableado). Analice por un momento el ordenador que tiene al frente: componentes de cobre, piezas de aluminio, un cable de cobre para enchufarlo al tendido eléctrico, una pantalla de cristal (sílice), un armazón de acero (la torre), o el mismo chip procesador (silicon chips !!! ). Si lo ha pensado por un momento llegará a la conclusión que detrás de casi cada aspecto de la vida moderna está esa actividad oculta, a veces no bien entendida, que es la minería. Hay una frase muy ilustrativa que aparece en una pegatina de la Nevada Mining Association : If it isn't grown it has to be mined (si no se cultiva, entonces hay que extraerlo de una mina)
Por otra parte, la minería ha sido y será una actividad curiosa. A diferencia de otras aventuras del hombre, presenta riesgos económicos y humanos muy superiores a los de cualquiera otra actividad. La relación éxito/fracaso en una campaña de exploración minera suele ser muy baja, lo que requiere una combinación de una gran percepción geológica, intuición, y sobre todo, persistencia y dinero. Sin contar los gastos de exploración (que pueden sumar algunos millones de Euros), la puesta en marcha de una mina y su planta de tratamiento (asumiendo que la exploración haya sido exitosa y el clima económico y político sea adecuado), puede ascender a más de mil millones de Euros (e.g., un pórfido cuprífero). Qué hace entonces que las compañías mineras y sus profesionales asuman tales riesgos ?: la imperiosa necesidad de abastecimiento de recursos minerales. Hasta ahí la respuesta parece satisfactoria, pero, y porqué entonces buscar oro (uno de los "clásicos" de la exploración de metales) ? El oro es una de las grandes "locuras" de la humanidad, con un valor que ha venido dado tradicionalmente por su escasez y poco más. Sin entrar en una reseña histórica completa, analicemos brevemente algunos hitos en "historia" del oro en los últimos 110 o 120 años:
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Hacia finales del siglo XIX Gran Bretaña adopta el patrón oro para sustentar su moneda. Durante la primera guerra mundial (1914-1918) los países europeos gastan durante el conflicto el equivalente a unos 220.000 millones de Euros, mucho más dinero de lo que tenían en sus respectivos bancos centrales. Las economías europeas quedan arruinadas, especialmente la alemana. De este conflicto sale particularmente victoriosa la economía norteamericana. Los bancos europeos pasan a tener unas reservas mixtas de oro más dólares americanos. En 1929 toma lugar el denominado "crash" de la bolsa de Nueva York, caos en la economía mundial. En 1933 el presidente norteamericano Franklin D. Roosevelt (partido Demócrata) inicia la recuperación de la economía doméstica (lo cual tendrá repercusiones favorables en el exterior), iniciando el programa New Deal. Además Roosevelt fija una convertibilidad directa entre el dólar americano y el oro: 1 onza de oro = US$ 35. Se crea el mayor depósito de oro en lingotes del mundo: Fort Knox. Pero este metal no se puede comercializar directamente en el mercado Norteamericano. Década de los años 60, los países europeos, ya están recuperados (o en franca recuperación) de los estragos de la segunda guerra mundial (1939-1945). Algunos países empiezan a exigir una convertibilidad directa entre sus reservas en dólares y el oro. Estados Unidos carece del suficiente respaldo en oro como para asegurar dicha convertibilidad. En 1971 el presidente norteamericano Richard M. Nixon (partido Republicano) decide liberalizar el sistema. Hacia 1975 1 onza de oro se cotiza a US$ 200 en el mercado internacional. Fines de la década de los años 70 es un momento plagado de incertidumbres. Estalla el conflicto de Cambodia, en Irán triunfa la revolución islámica. El oro se dispara a 1 onza = US$ 800 en 1980. Esto tiene como resultado una nueva "fiebre del oro" (más importante en términos económicos que la de 1849 en California). Cambio de política en las compañías mineras, ahora hay que buscar oro !!! yacimientos antes considerados subeconómicos ahora son rentables si el tonelaje es el adecuado, se pueden explotar leyes tan bajas de oro como de 1 g/t. Esto tiene además
implicaciones geológicas, ya que un tipo de yacimiento mineral, prácticamente un desconocido hasta la década de los años 70, se transforma en "la joya de la corona de la exploración" , nos referimos a los epitermales de metales preciosos . •
Hoy en día la situación ha cambiado. Las estrategias económicas no son las de antes, ya no se asegura la convertibilidad de una moneda en términos de las reservas en oro; es más, los bancos centrales empiezan a vender sus reservas de oro.
Como podemos observar los precios del oro han sufrido fuertes vaivenes a lo largo del siglo XX, en gran medida relacionados con crisis políticas y económicas internacionales. Analizaremos estos conceptos más adelante en este capítulo.
La minería y la economía mundial Pongamos primero que nada algunas cifras económicas (Kesler, 1994) antes de entrar en un análisis más pormenorizado. Valor total de la producción mundial de (en billones [10 9] de dólares americanos: US$): •
Combustibles fósiles: 700 Metales: 500
•
Minerales industriales: 150
•
Valor de la producción minera mundial (no incluye productos reciclados).
Y para comparar veamos lo siguiente: •
Ganadería: 570 Arroz: 150
•
Plásticos y resinas : 100
•
Industria porcina: 85
•
Trigo: 80
•
Maíz: 80
•
Algodón: 25
•
Esto nos puede dar una visión rápida de la importancia de los metales y minerales industriales con respecto al valor de otras actividades económicas tradicionales. Como hemos visto en la sección anterior, los aspectos mineros, económicos, y políticos están íntimamente ligados. Cómo se desarrollan los países ? La teoría clásica nos dice que hay una serie de pasos en la transición de un país de la categoría de subdesarrollado a la de desarrollado:
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•
•
Primero un país es un exportador neto de materias primas , incluyendo los minerales. Las ganancias de dicha actividad se invierten en infraestructuras. El segundo paso es a productor de bienes manufacturados , el país se convierte en consumidor de materias primas. Los recursos minerales propios se agotan. En el paso final el país se convierte en un importador neto de minerales.
Esta es la "teoría", y en el camino muchos países se "estancan" en la primera fase. Cuando se depende de las exportaciones de materias primas, las fluctuaciones de precios en los mercados pueden hacer que la economía de un país subdesarrollado se ralentice, o aun, retroceda. Otro problema es "a donde" se destinan las ganancias por las exportaciones de materias primas. Los casos de corrupción en presidentes, ministros, y altos funcionarios han sido moneda corriente en muchos países de Africa y Latinoamérica, siendo emblemático en este sentido el caso del Zaire (hoy República Democrática del Congo, y otrora, el Congo Belga). En el paso de la fase segunda a la tercera surgen nuevos peligros, muchos de ellos relacionados con déficit en la balanza de pagos (exportaciones-importaciones).
La "crisis" de los recursos minerales y energéticos Países desarrollados y subdesarrollados
La población mundial crece y consume deprisa, lo cual no sería "en principio" un problema, si no fuera porque los recursos minerales y energéticos son "finitos". Una de las características de la economía mundial es su fuerte asimetría en la riqueza y el consumo: Así, los países desarrollados consumen: •
70 % del aluminio, cobre, y níquel (entre otros). 58 % del petróleo.
•
48 % del gas natural.
•
37 % del carbón.
•
Estas cifras no son llamativas en si hasta que no descubrimos que por otra parte, los países desarrollados apenas albergan a un 16 % de la población mundial. A mayor estándar de vida, mayor consumo. En las últimas décadas va creciendo una cierta conciencia "conservacionista", ejemplificada por campañas del tipo salvemos los bosques, reciclemos el papel, no contaminemos, etc. Lo cual resulta curioso en cierta medida, ya que la implementación de políticas generalizadas de esta naturaleza suelen tener resultados adversos en lo que se refiere a los países subdesarrollados. Por ejemplo, una baja en el consumo de materias primas dañará fuertemente las economías de los países exportadores. Alternativamente, el desarrollo de políticas medioambientales restrictivas en Europa o USA ha potenciado que las actividades contaminantes se trasladen a terceros países, subdesarrollados generalmente. Por ejemplo, una Europa sin minas significa que los metales tendrán que venir en mayores cantidades desde terceros países. En otras palabras, exportamos la contaminación a otros lugares. Que ocurriría si masivamente los países subdesarrollados pudieran "despegar" económicamente ? para empezar se transformarían ellos mismos en consumidores de materias primas, con lo cual la disponibilidad de éstas sería menor, y por lo tanto los precios aumentarían. Si los precios aumentan, el consumo se contrae, y diminuye el crecimiento. Queda esta pregunta, conviene entonces a los países desarrollados que "despeguen" las economías de los subdesarrollados ?
La guerras, los metales, y los recursos energéticos: sistemas en retroalimentación
El año 1972 se publicó la obra "Los Límites del Crecimiento" (Limits to Growth; Meadows et al. in: Kesler, 1994), en la que se predecía que el petróleo se acabaría hacia fines del siglo XX. Sin embargo, una serie de sucesos harían que esta predicción (como tantas otras) resultara ser falsa. Entre dichos factores estaba la "Guerra del Yom Kippur" . Israel y los países árabes vecinos han sufrido varios conflictos bélicos, siendo los más importantes: •
La Guerra de Palestina (1948-1949) . Egipto, Jordania, Irak, y
Siria versus Israel. Donde Israel "gana" su derecho a existir como país.
•
La Guerra de Suez (1956) , Israel, Gran Bretaña, Francia versus
Egipto. Conflicto potenciado por los dos países europeos ante la nacionalización de Canal de Suez por parte de Egipto. •
La Guerra de los Seis Días (1967), Israel versus Egipto,
Jordania, y Siria. Israel lanza un ataque denominado "preventivo" contra los tres países árabes, capturando la península del Sinaí (territorio egipcio), la Cisjordania y Jerusalén oriental (territorio jordano), y los altos del Golán (territorio sirio). De este conflicto se derivan gran parte de los problemas coyunturales que se arrastran hasta lo tiempos actuales. •
La Guerra del Yom Kippur (1973) . Egipto y Siria versus Israel.
Durante la festividad judía del Yom Kippur, los ejércitos de Egipto y Siria lanzan un ataque combinado contra Israel.
Resultado de la Guerra de los Seis Días.
Desarrollo de la Guerra del Yom Kippur.
Este último conflicto ( Yom Kippur) va a tener enormes repercusiones económicas a escala mundial. La OAPEC (organización de países árabes exportadores de petróleo; fundada en 1968) llevó a cabo un embargo de petróleo a los Estados Unidos (Octubre 1973 - Marzo 1974) y a Holanda (Octubre 1973 - Julio 1974; recordemos que el principal terminal europeo de petróleo está en el puerto de Rotterdam). Estas medidas, conjuntamente con las tomadas por la OPEP (reducción de cuotas de producción), llevó a un alza de los precios del crudo de US$ 3.39 el barril en 1973 a US$ 11.29 en 1974, es decir, un incremento del 333%, en un plazo muy breve, sumiendo a las economías europeas en una profunda crisis. Esta situación es solo comparable a la de 1978-1980, cuando el precio del crudo subió de US$ 12.93 a US$ 30.87 ( revisar esas fechas en términos de conflictos: Cambodia, Irán, y relacione con precios del oro).
Evolución de los precios del petróleo en el período 1973-1985.
Las principales consecuencias del alza de los precios del crudo en 19731974 fueron dos:
• •
Recesión en la economía mundial . Inicio de campañas masivas de exploración de petróleo .
Derivado de la primera se consumió menos petróleo (y se crearon casas y coches más eficientes), y de la segunda, surgió un aumento de las reservas de petróleo a escala mundial. Con los nuevos precios del crudo yacimientos que antes eran marginalmente económicos o subeconómicos ahora eran muy rentables (e.g., Mar del Norte). Todo esto acarreó como consecuencia final que las predicciones de la obra de Meadow et al. (1972) no se cumplieran. Pero ... hemos solucionado el problema o solo lo hemos postergado ? recordar que estamos tratando con recursos "finitos". En cualquier caso, guerras y recursos naturales han ido siempre o casi siempre de la mano. Se ha hablado del declive del concepto de "recurso estratégico"; hasta mediados del siglo XX poseer una producción doméstica (propia) de materias primas era considerado como vital para las superpotencias. Si el recurso en cuestión no existía en la "metrópolis" ésto se solucionaba anexionando territorios, de manera más o menos forzada (algunos ejemplos): •
Sistema de colonias ; por ejemplo, las Indias Holandesas (= Indonesia), con importantes recursos de cobre y petróleo . Malaysia (Gran Bretaña) , estaño. Un largo etc en las colonias
de Africa. A destacar:
El Congo Belga (= Zaire, y más recientemente = República Democrática del Congo) - Rodesia del Norte (= Zambia): El Copper Belt , con ingentes recursos de cobre y cobalto . Rodesia (= Zimbabwe) , recursos auríferos . •
Azerbaiyán , en los años 20, anexionado por la ex-URSS; petróleo.
O si no, se recurría a la guerra y anexión forzada (por ejemplo): •
•
Guerra de los Boers (Sudáfrica) (1899-1902); conflicto entre
Gran Bretaña y los Boers (antiguos colonos de origen holandés) por el Witwatersrand, el distrito aurífero más grande del mundo. Japón y la Segunda Guerra mundial; independientemente de otras consideraciones, Japón se ve "forzado" a entrar en guerra con los Estados Unidos (y Gran Bretaña y Holanda) debido a: Su carencia de materias primas.
El estrangulamiento económico al que le lleva los
Estados Unidos, debido a la guerra que Japón sostenía desde hacía años en China. A ésto habría que sumarle los propios intereses geopolíticos de Norteamérica en Asia. Hoy, aparentemente todo se resuelve a través del comercio internacional, pero, es realmente así ? •
Guerra del Golfo (1990-1991). El tema del petróleo es recurrente
...
Bibliografía Gocht, W.R., Zantop, H. & Eggert, R.G. 1988. International mineral economics. Springer-Verlag, Berlin, 271 pp. Kesler, S.E. 1994. Mineral resources, economics, and the environment. MacMillan College Publishing Co., NY, 391 pp. Regan, G. 1992. Israel y los árabes. Akal, Madrid, 48 pp. Rossi, G. 1990. Biohydrometallurgy. McGraw-Hill, NY, 609 pp. Wilson, A.J. 1994. The living rock: the story of metals since earliest time and their impct on developing civilization. Woohead Publishing Ltd, Cambridge, 291 pp. Youngquist, W.1997. GeoDestinies: the inevitable control of Earth resources over nations and individuals. National Book Co., Portland, 500 pp.
Recursos, Reservas, Disponibilidad de los Mismos R. Oyarzun
Conceptos básicos Antes de tratar detalladamente este capítulo, definamos primero dos conceptos básicos:
• •
Mena: aquel material geológico susceptible de ser explotado económicamente. Recurso: concentración natural de un sólido, líquido, o gas en la corteza terrestre, y cuya extracción es actual o potencialmente factible.
Si observamos la figura siguiente, veremos que el grado de certidumbre que tenemos sobre la existencia de un recurso viene dado por factores de tipo geológico (de izquierda a derecha) y económicos, ingenieriles, y medioambientales (de abajo hacia arriba). En la zona superior izquierda encontraremos el máximo de certidumbre, y allí, el concepto de "reserva".
Clasificación de los recursos minerales utilizada por el U.S. Bureau of Mines y el U.S. Geological Survey (USA).
El cuadro está dividido en dos bloques principales: • •
Recursos identificados. Recursos no-descubiertos .
Entre los recursos identificados tenemos dos nuevos conceptos: •
•
Reserva: máximo grado de certidumbre en cuanto los factores de
juicio. Este concepto se divide dos subapartados: Reservas demostradas : que a su vez podemos desglosar en:
Mineral medido (reservas probadas) : hablaremos de
mineral medido cuando dispongamos de una información directa tomada de un muestreo detallado de trincheras (calicatas), labores, sondeos. El tonelaje "real" no puede diferir en más de un 15 % con respecto al calculado.
tambi ambién én determinado por un muestreo, pero esta vez, más disperso. Aquí haremos algunas inferencias geológicas. Mine Mi nera rall
indi in dica cado do
(reser (re servas vas
probab pro bables les)) :
para el concepto de reserva inferida primará el criterio geológico sobre sobre las medici mediciones ones direct directas. as. Por ejempl ejemplo, o, este este criter criterio io puede estar basado en la repetición de rasgos geológicos en el yac yacimiento, o travé avés de la comparac ración con otro yacimiento equivalente. Rese Re serv rvas as
infe in feri rida das s
(res (r eser erva vas s
posi po sibl bles es)) :
Sección de un depósito mineral, mostrando las reservas probadas (mineral medido, proved ), ), pro probabl bables es (mi (miner neral al ind indica icado, do, probable), e in infe feri rida dass (r (res eser erva vass pos posib ible les, s, inferred ). ). Note como el grado de conocim conocimiento iento geológico geológico (tri (trincheras ncheras en super superfici ficie, e, galerías subterráneas, etc) disminuye progresivamente desde la zona donde se han determinado las reservas probadas, a las posibles. •
Reserva Rese rva base: Abarca los conceptos de reserva más aquellos
recursos recursos identific identificados, ados, de menor "calidad geológica", geológica", que podrían podrían ser extr xtraíd aídos en el futuro depe ependiendo de los fact actores, ingenieriles, económicos, y medioambientales.
En cuanto a los recursos no-descubiertos, en esta categoría incluimos los siguientes conceptos: •
•
Recursos no-descubiertos hipotéticos , que son aquellos que
pued pueden en espe esperar rarse se en un dist distri rito to cono conoci cido do,, bajo bajo cond condic icio ione ness geológicas conocidas. Por ejemplo, recursos de mercurio de un determinado tipo (e.g., yacimientos estratoligados asociados a la Cuarcita Amoricana) en el distrito de Almadén. que son son aque aquell llos os Recursos Recu rsos no-de no-descub scubiertos iertos espe especulati culativos vos: que que pueden existir ya sea como: Tipos de depósitos conocidos en un marco geológico Por ejem ejempl plo, o, yac yacimi imient entos del del tipo tipo pórf pórfiido favorable. Por
cuprí uprífe fero ro en una una prov proviinci ncia met metalog alogén énic ica a que que agru agrupe pe yacimientos de este tipo. Tipos de depósitos desconocidos que están por ser reconocidos como tales . Aunque este apartado parezca
de "ciencia ficción" (o "geología ficción"), existen ejemplos: Olympic Olympic Dam en Australia Australia (Cu-Au-U), (Cu-Au-U), un yacimiento yacimiento mineral descubierto en los 70. Antes de su descubrimiento, este tipo de yacimientos simplemente "no existía".
Regiones del mundo con potencial para la exploración de yacimientos del tipo pórfido cuprífero.
Factores que controlan la disponibilidad de los recursos minerales Existe de una manera más o menos extendida, la errónea idea de que para poner una mina en funcionamiento todo lo que necesitamos es un depós depósit ito o miner mineral al.. La situ situac ació ión n es bast bastant ante e más más comp comple leja ja,, y en ella ella intervienen factores geológicos, ingenieriles, ambientales, económicos, y políticos. Revisaremos a continuación en que consisten éstos.
Factores geológicos
Exis xisten en inglés dos términos relacionados pero ero diferent entes conceptualmente: mineral Toda acumul acumulaci ación ón mineral deposit deposit y ore deposit deposit . Toda mine minera rall es un mineral pero solo solo aque aquell llas as que que pued puedan an ser ser mineral deposit deposit , pero extraídas con una ganancia económica (o político-económica) pueden ser adscritos a la categoría de ore deposit . A efectos de estos apuntes, llamaremos yacimiento mineral, a la suma de mineral deposit + ore deposit . Los yacimientos minerales pueden ser adscritos a cuatro categorías: • •
Recursos esenciales: suelos, aguas. Recursos energéticos: petróleo, gas natural, carbón, pizarras
bituminosas, uranio, energía geotérmica. •
Recursos metalíferos: normalmente metales de transición, por
ejemplo, hierro, cobre, molibdeno, plomo, zinc, etc. •
Recursos de minerales industriales : que abarca más de 30
productos incluyendo las sales, asbestos, arcillas, arenas, etc.
Todos estos recursos tienen algo en común, esto es, su carácter noreno enovable, una vez vez explotado ados ya no hay más. más. Una segunda característica común es que poseen un valor "localizado", es decir, no somos nosotros sino los procesos geológicos quienes dictan "donde" se puede explotar un recurso. Nuestra es tan solo la decisión de hacerlo o no. Por ejemplo, si un yacimiento de cobre se encuentra en una remota provincia de Indonesia, tendremos que ir ahí si queremos explotarlo. La distribución "errática" (bajo un punto de vista geopolítico) de los rec recurso ursoss mine minera ralles alre alrede dedo dorr del del mund mundo o agre agrega ga otro tro fact factor or de compleji ejidad al sist sistem ema a. Reco ecordemo emos que las guerra rras suelen desarrollarse sobre regiones ricas en recursos minerales, por ejemplo:
•
•
Sudáfrica: Guerra de los Boers (Gran Bretaña - Boers), por el oro
del Witwatersrand. SW del Pacífico : Segunda Guerra Mundial, recursos energéticos (petróleo), estaño, cobre, etc.
La cuenca minera aurífera del Witwatersrand (Sudáfrica) por la que combatieron Británicos y Boers (1899-1902).
Factores ingenieriles y económicos
Los factores ingenieriles y económicos inciden de dos maneras, a través de las limitantes técnicas, y las limitantes económicas: •
•
Limitantes técnicas: son aquellas que aparecen cuando da lo
mismo nuestro interés o financiación económica, por ejemplo, extraer metales a unos 10 km de profundidad. Limitantes económicas: podríamos construir el equipo necesario para desarrollar actividades mineras en Marte, pero, los costes serían tan altos que cualquiera fuera el recurso extraíble, estos excederían los beneficios.
Por otra parte, los factores económicos que controlan la producción minera son básicamente aquellos relacionados con la ley de oferta y demanda. A su vez, los factores que incidirán sobre esto serán los de coste ingenieril (incluyendo los gastos para ser ambientalmente "correctos"), los impuestos, los pagos por propiedades mineras, salarios, etc. Los costes de maquinaria minera son equivalentes en casi cualquier país del mundo, por ejemplo, el precio de una pala mecánica no varía substancialmente, da lo mismo si la compramos en Sudáfrica o en Chile, lo mismo se aplica los sondeos. Lo que difiere de un país a otro son las
políticas impositivas (impuestos), los salarios, y la legislación ambiental. Por ejemplo, el salario de un minero en Bolivia será mucho más bajo que el de un minero en Canadá. Otro factor relacionado con éstos es el de la "estabilidad política" de un país o una región. No es lo mismo explorar recursos minerales en una zona de alto riesgo (e.g., República Democrática del Congo, Angola), que hacerlo en Norteamérica o Europa.
Factores ambientales
Las preocupaciones ambientales se focalizan en dos problemas principales: extracción y procesamiento, y residuos. En términos generales ambos factores están ligados, aunque el problema de los residuos tardó en ser reconocido en su globalidad. Podemos poner en funcionamiento sistemas descontaminantes durante el procesamiento de minerales (e.g., eliminación de dióxido de azufre en la plantas de fundición de cobre), pero que se puede hacer con los residuos sólidos o líquidos ? Existen medidas en la actualidad que tratan estos problemas, por ejemplo, se pueden restaurar las escombreras de estéril con diversas técnicas, o se puede remediar el problema del drenaje ácido (a partir de las mismas), mediante técnicas de neutralización química, remediación mediante reintroducción de suelo, plantas, etc.
Zona afectada por drenaje ácido (izquierda); note los colores anaranjados producto de alta concentración de Fe3+ en las soluciones y consecuente precipitación de limonitas, como producto de la oxidación de pirita. A la derecha se puede observar el mismo sector una vez que se restauró.
Temas de esta naturaleza han llevado en las últimas décadas a una serie de regulaciones a escala local (Provincia, Autonomía, Estado) o regional (Unión Europea), que actualmente limitan severamente las actividades mineras de extracción o tratamiento de minerales. La globalización de las preocupaciones ambientales presenta sin embargo una serie de problemas de carácter ético. Por ejemplo, qué derecho tiene un determinado país de contaminar la atmósfera o el océano si dicha contaminación afectará a otros ? Algunos países menos desarrollados pero en fuerte crecimiento (e.g., China) se están convirtiendo en exportadores netos de contaminación. Por otra parte las fuertes regulaciones internas de los países desarrollados están creando de facto una situación de "exportación" de la contaminación, al importar los minerales ya tratados de países menos desarrollados. Por ejemplo,
detrás de cada tonelada de cobre que compramos, hemos dejado un reguero de contaminación en terceros países.
Bibliografía Guilbert, J.M. & Park, Ch.F. 1986. The Geology of Ore Deposits. W.H. Freeman & Co., NY, 985 pp. Jambor, J.L. & Blowes, D.W. 1994. Short course handbook on environmental geochemistry of sulfide mine wastes. Mineralogical Association of Canada, Ontario, 438 pp. Kesler, S.E. 1994. Mineral resources, economics, and the environment. MacMillan College Publishing Co., NY, 391 pp. Peters, W.C. 1978. Exploration and mining geology. John Wiley & Sons, NY, 696 pp.
Exploración de Recursos Minerales R. Oyarzun
Introducción En los capítulos anteriores hemos descubierto la importancia de los recursos minerales, su trasfondo histórico, y las implicaciones políticas y económicas. Si algo nos debería quedar claro, es que los recursos minerales son de una importancia capital para todos los países del mundo. En algunos casos porque los necesitamos para mantener tasas sostenidas de crecimiento (países desarrollados), en otros para sostener las economías domésticas (países subdesarrollados). Dado que los recursos minerales son no-renovables, la única alternativa que queda cuando se agotan es encontrar más. La exploración de yacimientos minerales es una labor ardua y compleja, que analizaremos desde su base, es decir, desde la perspectiva geológica. Vivimos en tiempos en los que se piensa, de alguna manera, que todo puede ser resuelto por medios tecnológicos más o menos avanzados, incluyendo por supuesto, el uso de software especializado. En el caso de
la exploración la cosa no es tan fácil como correr un programa y apretar botones. Comenzaremos por el factor "humano", el geólogo, pieza insustituible en cualquiera campaña de exploración moderna.
El geólogo de exploración
J.D. Lowell, unos de los geólogos de exploración más exitosos del mundo ha resumido las características que tiene que tener un geólogo de exploración, de la siguiente manera: •
•
•
•
Debe ser una persona inteligente, con una buena experiencia y background académico. Tiene que ser capaz de pensar de manera "crítica" y si es necesario, rechazar lo que piensan otros colegas suyos. Debe ser, como señalábamos, una persona con sólidos conocimientos geológicos, pero al mismo tiempo, no ser un pedante atenazado por el miedo a equivocarse , ya que su negocio consistirá en "equivocarse la mayor parte del tiempo" (recordar tasa de éxito/fracaso). Cuando habla de sólidos conocimientos geológicos, Lowell quiere decir que un geólogo de exploración debe ser capaz de manejar diversas técnicas (por ejemplo): Deber ser capaz de producir buenos mapas geológicos, a veces en condiciones rudimentarias de trabajo. Para ello deberá tener una sólidos conocimientos de geología estructural, petrografía, et c. Esto no significa que tenga "especialista" en estas técnicas.
• •
•
que
ser
un
Importante: deberá ser capaz de crear hipótesis de trabajo . Deberá tener conocimientos de economía, especialmente si trabaja a un nivel senior . Deberá ser capaz de entender de transacciones de propiedades, el status de los terrenos, negociar transacciones, etc.
•
•
•
Deberá ser un poco "masoquista", con deseos de subir montañas y vivir en sitios desagradables (pocas veces la exploración toma lugar cerca de ciudades o de la "civilización"). Deberá tener una familia que comprenda su trabajo. Pero por sobre todas las cosas, deberá tener un compromiso absoluto con la idea de descubrir nuevas mineralizaciones .
Labores de reconocimiento geológico en uno los afloramientos del yacimiento de hierro estratiforme de Mahuilque (BIF tipo Algoma). Cordillera de la Costa, sur de Chile.
El "qué" explorar
El qué metal explorar no suele ser un problema principal. Si la exploración no está ligada a un producto exclusivo de la compañía para que trabaja (e.g., cobre-molibdeno: CODELCO), entonces la exploración puede ser dictada por causas accidentales: •
La localización geográfica de la casa matriz de la compañía. La experiencia de una persona clave en la compañía.
•
La tradición de la compañía.
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El "cuando" explorar
Esto puede estar ligado ciclos económicos. Normalmente uno pensaría que hay que explorar cuando los precios de los metales son altos, no es verdad ? Por el contrario, ese es uno de los clásico errores que pueden cometerse en exploración. Hay que explorar cuando los precios son bajos. Por qué ? por una razón elemental, pueden pasar años desde que se inicia una campaña de exploración hasta que una mina entra en producción. Así, la idea sería poner tenerlo todo listo coincidiendo con un ciclo al alza en los precios del metal que nos interesa.
Observe las fluctuaciones de los precios del cobre y aluminio a lo largo del tiempo, compare además con las etapas económicas recesivas.
Una lección importante, los descubrimientos ocurren independientemente del precio de los metales (fuente: Goldcorp). De esta manera, ya solo es cosa de que la compañía elija que política quiere seguir, si esperar a ver como va el mercado (y llegar tarde: perder oportunidades), o sacarle partido a los malos tiempos, invirtiendo en "futuro".
El "cómo" explorar
Este es un tema sobre el cual cada geólogo tiene sus propias opiniones. Personalmente creo que sin geología no hay nada, y que esta base geológica es clave para pensar si quiera en una campaña de exploración. De esta manera revisaremos a continuación una serie de
conocimientos geológicos que son fundamentales para la exploración regional.
Definiendo conceptos básicos Si vamos a buscar un objeto, lo primero que tenemos que conocer es el aspecto que presenta (guías morfológicas ). Si esto es válido en la vida cotidiana, lo es aun más en la exploración de yacimientos minerales. Segundo, necesitaremos conocer el tipo litológico y ambiente estructural en que se alberga un determinado tipo de mineralización ( guías litológicas y estructurales), y finalmente, los aspectos mineralógicos de ésta (guías mineralógicas ).
Guías de exploración de carácter morfológico y estructural
Podemos dividir los cuerpos mineralizados en los siguientes tipos morfológicos: •
Discordantes, que a su vez se pueden dividir en:
Regulares, y los regulares en: Tabulares Tubulares Irregulares •
Concordantes
Los cuerpos tabulares presentan gran extensión en dos dimensiones y son muy restringidos en la tercera. En esta categoría incluimos los cuerpos filonianos (vetas). Entre las morfología filonianas podemos distinguir las siguientes: •
Paralelas Enrejado rectangular
•
Enrejado en ángulo agudo
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Malla de alambre
•
Subcirculares
•
Haces radiales
Sistema de filones en paralelo.
Sistema de filones en enrejado rectangular.
Sistema de filones en ángulo agudo.
Sistema de filones tipo malla de alambre.
Sistema de filones de tipo subcircular.
A escala individual podemos a su vez distinguir las siguientes categorías (algunos ejemplos): •
En escalón (en échelon) Lazo cimoide
•
Cola de caballo
•
Tipos morfoestructurales de filones, A: en escalón, B: curva cimoide; C: unión diagonal; D: unión en eslabón; E: doble eslabón; F: lazo cimoide; G: lazo cimoide múltiple; H: cola de caballo; I: salto.
El arreglo estructural de los filones es función del campo de esfuerzos (σ1, σ2, σ3) y la isotropía/anisotropía del medio. Entender ésto es vital para comprender la distribución de filones a la escala de yacimiento, distrital, o regional. Otro aspecto que tenemos que entender es el que guarda relación con el movimiento de fluidos en zonas de falla. Esto no es un tema accesorio ya que son justamente esos fluidos los que formarán la masa filoniana. El comprender adecuadamente como funciona una falla en términos de la exploración queda adecuadamente ejemplificado con el descubrimiento del yacimiento de San Manuel - Kalamazoo, en USA . Pocos ejemplos ilustran mejor la importancia de los estudios estructurales como el descubrimiento del yacimiento tipo pórfido
cuprífero de Kalamazoo en la década de los 60, en el cual participó de manera fundamental el geólogo americano J.D. Lowell. Dicho descubrimiento está rodeado de varios aspectos notables entre los que habría que destacar sobre todo, el estudio integral del problema. Si no entendemos la geología de una zona, poco podremos hacer en lo que respecta a exploración, salvo que, se confíe en la suerte como elemento esencial del proceso. Esto cobra especial relevancia si lo que se está buscando es un cuerpo que puede ser no aflorante. Los años 70 estuvieron marcados en el campo de la
geología económica por la publicación de una serie de trabajos sobre alteración hidrotermal - pórfidos cupríferos en la revista americana Economic Geology. Quizás el más significativo de ellos es un clásico en el tema: "Lateral and vertical alteration-mineralization zoning in porphyry ore deposits" (Lowell y Guilbert, 1970). Una de la ilustraciones más conocidas del trabajo muestra la zonación espacial de las facies de alteración hidrotermal en San Manuel-Kalamazoo (Arizona, USA). En la actualidad dicha figura se encuentra en prácticamente todos los textos de estudio sobre yacimientos minerales. Sin embargo, un detalle a veces poco señalado (y en ocasiones omitido) en dicha figura, es la presencia de una falla que corta el esquema de manera oblicua. Se trata de la falla San Manuel, y como veremos a continuación, bajo el punto de la aplicación de métodos estructurales al estudio y exploración de yacimientos minerales, es un rasgo extremadamente importante, paradójicamente, poco o nada señalado en los textos de estudio. San Manuel-Kalamazoo no es ni económica ni geométricamente un yacimiento único, por el contrario, se trata de dos cuerpos mineralizados basculados: San Manuel y Kalamazoo, separados por una falla normal de bajo ángulo (falla San Manuel; WNW/25-30° S). Si bien originalmente constituían un solo cuerpo mineralizado, el movimiento normal de la falla cortó el cuerpo mineralizado generando los dos segmentos actualmente conocidos. San Manuel (más cercano a la superficie) se localiza a muro (foot-wall ) de la falla y Kalamazoo 1.6 km hacia el oeste (a una profundidad de 800-1220 m) a techo ( hanging-wall ).
Esquema de alteración en el pórfido cuprífero de San Manuel-Kalamazoo. Nótese la falla San Manuel separando los dos segmentos del pórfido.
Esquema geológico de los segmentos desplazados San Manuel y Kalamazoo.
Lo importante: si bien San Manuel era conocido, el descubrimiento de Kalamazoo (Lower K ) fue la consecuencia de un trabajo geológico integrador, que relacionó las facies de alteración y la mineralización con la estructura. El razonamiento básico de
exploración fue el siguiente (Lowell, 1968): 1) San Manuel representaba sólo una parte de un cuerpo mayor; 2) el cuerpo se encontraba basculado; y 3) la falla que cortaba San Manuel era normal y de bajo ángulo. Conclusión, un segmento de San Manuel tenía que estar más abajo, sobre la falla. Resultado, efectivamente, más abajo, hacia el oeste yacía un cuerpo mineralizado, luego bautizado como Kalamazoo.
Sobre el tema fallas y mineralizaciones, comentemos además lo siguiente (10 principios básicos): 1) Las zonas extensionales son las más favorables para el desarrollo
de mineralizaciones. La extensión genera espacios, la compresión los sella. Esto tiene dos consecuencias, ahí donde se generan espacios los fluidos podrán circular con mayor facilidad y las masas minerales serán mayores. 2) Las fallas y estructuras asociadas cumplen dos roles principales
en la formación de yacimientos: actúan como canales de migración de los fluidos hidrotermales y albergan a las mineralizaciones. 3) La determinación del sentido de movimiento de una falla
individual o zona de cizalla es vital para predecir la presencia de zonas en extensión. Por ejemplo, el determinar la presencia de un duplex no es un hecho significativo si no entendemos las condiciones mecánicas interiores de éste, y para entender ésto, necesitamos saber cual es el movimiento de la falla principal y del sistema imbricado. 4) Las fallas rara vez presentan "un" solo sentido de movimiento. Por ejemplo, una falla puede haber jugado primero como
inversa y luego como falla normal. Un duplex puede haberse originado como una estructura compresiva y luego haber pasado a condiciones extensionales. Para ello hay que "leer" en la falla su historia cinemática. La utilización de software "especializado" puede llevar a grandes errores si no se conoce previamente, y con precisión, cual es la historia cinemática de una falla o zona de falla. Al respecto dos corolarios: a) el software es tan bueno o tan malo como su usuario; b) el software no substituye a un geólogo de campo. 5) Independientemente de la escala (desde la microscópica a la regional), las fallas pueden presentar localmente zonas
extensionales y compresionales. Esas zonas están relacionadas
directamente con las curvaturas (inflexiones) o saltos de las fallas. Las estructuras que nos interesaran serán aquellas tipo abanicos imbricados (cola de caballo), inflexiones, saltos, duplexes (lazo cimoide; flor negativa), de carácter extensional. 6) El segmento más interesante de una zona de cizalla bajo el
punto de vista económico, se encuentra desde la transición dúctil-frágil hacia superficie. Es ahí donde se generan los espacios y estructuras discretas donde mejor puede ser precipitada la carga mineral. 7) Las zonas de cizalla pueden tener una larga y compleja historia. La superposición de una fábrica frágil a una fábrica dúctil es
un fenómeno relativamente normal por alzamiento tectónico del bloque en cuestión durante la evolución del proceso. El encontrar estructuras frágiles (e.g., fallas, brechas) superpuestas a una fábrica dúctil (e.g., milonitas) es el mejor indicativo de que ha ocurrido este proceso. 8) La exploración de yacimientos tiene que estar basada, antes que
nada, en el conocimiento de la geología local o regional de una zona. La determinación de la estructura es a su vez un requisito esencial para entender la geología. Dado que las fallas juegan un rol principal en la formación de un gran número de mineralizaciones hidrotermales, el entender como funcionan éstas resulta vital. 9) No existen fallas "buenas" o fallas "malas", en general todas
presentan sectores más favorables y menos favorables para el desarrollo importante de masas minerales.
10) Si la evidencia de campo contradice los planteamientos teóricos
iniciales, substituya la teoría, lo opuesto cuasi garantiza el desastre.
Finalmente, observemos en la siguiente figura lo que podríamos denominar ambientes favorables y desfavorables para el desarrollo de mineralizaciones:
____________________ En lo que respecta a los cuerpos discordantes tubulares tenemos que mencionar a las diatremas. Estos cuerpos relacionados con fenómenos magmáticos explosivos presentan morfologías cilíndricas a cónicas, y cónicas truncadas invertidas, con secciones circulares a subelipsoidales. Cuerpos de esta naturaleza albergan mineralizaciones de cobre (brechas de turmalina asociadas o no a yacimientos tipo pórfido cuprífero), de oro, y diamantes (chimeneas o "pipas" kimberlíticas).
Ejemplo de diatrema.
Los cuerpos discordantes irregulares suelen estar asociados a intrusiones. Entre estos cabría mencionar los skarns polimetálicos y los yacimientos tipo pórfido cuprífero. Cortan a las secuencias albergantes sin presentar una forma concreta.
Parte de la portada del libro de J.M. Guilbert & Ch.F. Park ( The Geology of Ore Deposits ; 1986): pórfido curprífero de Bajo La Alumbrera (norte de Argentina). Note la intrusión central (marrón) cortando la secuencia circundante y la zona de alteración fílica + argílica (colores claros).
Los depósitos concordantes , como su nombre lo indica, se adaptan a la secuencia estratigráfica o volcánica que les alberga, presentando su misma dirección y buzamiento.
Esquema de un yacimiento estratiforme (Ballynoe; Irlanda).
Guías litológicas
En este apartado tenemos que entender un aspecto principal: que existe una conexión entre el tipo de litología y el tipo de yacimiento que estamos buscando. Las razones son diversas y tienen que ver con aspectos tan fundamentales como los procesos de cristalización magmática (e.g., yacimientos de platinoides en rocas ultramáficas), como con otros menos entendidos como la relación entre la dolomitización de rocas carbonatadas y la formación de yacimientos del tipo Mississippi Valley (Pb-Zn). En cualquier caso, es un hecho de carácter empírico que determinados tipos de yacimientos se asocian a unos determinados tipos de roca. Algunas asociaciones típicas: •
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Rocas dioríticas a granodioríticas (serie calco-alcalina): pórfidos cupríferos. Rocas volcánicas ácidas a intermedias (serie calco-alcalina): yacimientos epitermales de Au-Ag.
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Basaltos de origen oceánico: sulfuros masivos.
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Chimeneas de brecha kimberlíticas: diamantes.
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Rocas ultramáficas: yacimientos de Cr-elementos del grupo del platino. Rocas carbonatadas: yacimientos estratoligados de Pb-Zn.
Guías mineralógicas
La mineralogía de alteración (hidrotermal o supergénica) es una de las herramientas más útiles de exploración. Los yacimientos hidrotermales presentan una aureola de alteración, que suele disponerse simétricamente en torno al cuerpo mineralizado. Recordemos que la mineralización sulfurada y la alteración silicatada no son más que las dos caras de una misma moneda. Así por ejemplo los pórfidos cupríferos presentan un núcleo de alteración potásica (feldespato K, biotita, que grada hacia fuera hacia una alteración fílica (=cuarzo-sericítica). Más periféricamente encontraremos facies argílicas (intermedia o avanzada) y propilítica (con clorita, epidota, calcita). La secuencia de alteración es la siguiente: 1) formación de las zonas de alteración potásica y propilítica; 2) desarrollo de la alteración fílica (hacia fuera y arriba); y 3) formación de facies de alteración argílica en la parte superior del sistema.
Esquema de alteración en un yacimiento tipo pórfido cuprífero (ver además la figura de Bajo La Alumbrera).
Otras facies llamativas de alteración son las que se encuentran presentes en los yacimientos epitermales de metales preciosos, particularmente en el caso de los del tipo sulfato-ácido, con facies de alteración argílica avanzada, fílica, propilítica, y silicificaciones, todo esto con zonas de intenso recubrimiento limonítico que configuran importantes anomalías de color.
Zonas de alteración en el sector de El Indio, epitermal aurífero en el norte de Chile. Los colores marrón claro y rojizo corresponden a alteración argílica, hematitizaciones, etc. Al fondo, cerro Las Tórtolas, de 6160 m de altura.
Detalle de roca piroclástica con alteración argílica. Rodalquilar (España), yacimiento epitermal aurífero.
Finalmente en esta categoría deberíamos tratar también el tema de los recubrimientos limoníticos (gossans), que por sus llamativos colores (rojos, anaranjados) constituyen excelentes guías de exploración para los yacimientos sulfurados.
Bibliografía Evans, A.M. 1993, Ore geology and industrial minerals. Blackwell Science, Oxford, 389 pp. Evans, A.M. (Ed.). 1995. Introduction to mineral exploration. Blackwell Science, Oxford, 396 pp. Guilbert, J.M. & Park, Ch.F. 1986. The geology of ore deposits. W.H. Freeman & Co., NY, 985 pp. Lowell, J.D. 1987. Exploración geológico-minera: aspectos prácticos. Universidad de Chile, Santiago. McKinstry, H.E. 1970. Geología de minas. Omega S.A., Barcelona, 671 pp.
Modelos en Exploración R. Oyarzun Encontrar un yacimiento es equivalente a la proverbial búsqueda de la aguja en un pajar, con la complicación en este caso, de que primero hay que encontrar el pajar adecuado ...
Durante la década de los años 80 se impuso definitivamente un nuevo termino en geología económica, con grandes repercusiones en lo que se refer refería ía a la expl explor orac ació ión n de cuerp cuerpos os mine mineral raliz izad ados os:: el modelo. Un mode modelo lo es un conj conjun unto to de info inform rmac ació ión n que que desc descri ribe be los los atri atribu buto toss esenciales de un tipo (clase) de yacimiento mineral. En los modelos podemos distinguir dos tipos: • •
Modelo empírico (descriptivo). Modelo teórico (genético).
La unión de ambos modelos permite perfilar lo que a su vez denominamos un modelo de exploración . Un modelo empírico es aquel que describe los atributos atributos esenciales esenciales de un tipo de yacimiento aunque las relaciones entre estos se desconozcan. Por ejemplo, en un modelo empírico no entraremos a discutir porqué la zona zona de alte altera raci ción ón potá potási sica ca y las las mayo mayore ress leye leyess prim primar aria iass en un yaci yacimi mien ento to tipo ipo pórf pórfid ido o cupr cupríífero fero coi coinci nciden den en el espa espaccio, io, nos nos contentaremos con que es así, y basta. O nos interesará saber que existe una distribución zonal de las zonas de alteración en torno a un yacimiento de este tipo, y que las rocas típicas en que aparece en un margen activo (e.g., Andes) son granodioritas, mientras que en un arco isla típico (e.g., SW del Pacífico), son más bien de tipo diorítico.
Modelo empírico (descriptivo) de un yacimiento tipo pórfido cuprífero; note como quedan bien establecidas las relaciones espaciales (contactos) entre las rocas y la mineralizaciónalteración.
El modelo teórico es aquel en que los atributos esenciales se encuentran interrelacionados a través de conceptos fundamentales. Por ejemplo, magmas más evolucionados, generados en zonas de potente corteza continental dan lugar a rocas calco-alcalinas típicamente granodioríticas, mientras que en los arcos de isla, con cortezas más delgadas, el tipo es menos evolucionado, generándose rocas dioríticas de la misma serie. En un modelo teórico también tendremos que entender como se relacionan fisicoquímica y espacialmente las fases silicatadas y sulfuradas en un pórfido cuprífero, y además comprender adecuadamente la secuencia temporal de éstas.
Modelo teórico de un pórfido cuprífero, observe como de A a B podemos apreciar la evolución del sistema y el origen de los fluidos que intervienen en los procesos de alteración.
Esta percepción dual de los yacimientos nos lleva a la absurda polémica entre teóricos y empíricos, ambos con su propia escuela de pensamiento. Dada la importancia del tema, intentaremos comprender el enfoque de unos y otros. La escuela teórica está basada en la ciencia de la geología económica. Profesores universitarios y alumnos graduados emplean gran parte de su tiempo y esfuerzos en estudiar yacimientos que ya han sido descubiertos. Estos son cuidadosamente analizados, medidos y descritos con resultados que son publicados en tesis y revistas científicas. El interés se centra normalmente en explicar porqué una concentración anómala de minerales valiosos se ha localizado en un punto concreto de la corteza terrestre. El enfoque se centra en estudiar una gran variedad de yacimientos del mismo tipo. De ahí puede deducirse que todos esos yacimientos están asociados con un tipo específico de roca, y restringidos a esa particular litología por estructuras específicas u otros factores. El siguiente paso es obvio y fácil, ir al campo y buscar ese tipo específico de rocas. Después de identificar un área probable hay que buscar el marco estructural adecuado, y si todo va bien, tendremos un nuevo yacimiento. De hecho este enfoque funciona y éste es un ejemplo muy simple de como se aplica el método. En otras palabras, alguien estudia un grupo de hechos (la roca y la asociación estructural), crea una hipótesis (este tipo de yacimiento se ha formado debido a la acción de tal o cual proceso), y prueba la hipótesis (explorando). Cuando la prueba confirma la hipótesis (a través del hallazgo de un nuevo yacimiento), ésta es elevada al status de teoría. Las teorías creadas a
través de este enfoque han sido empleadas con éxito en una variedad de ambientes a nivel mundial. Por otra parte, los seguidores de la otra gran escuela de pensamiento, i.e., los empíricos, piensan que todo esto es una monumental pérdida de tiempo y dinero. Su filosofía puede ser resumida en una frase: "los yacimientos están donde se encuentran". Su argumento principal es: ¿ y qué pasa si el enfoque teórico está equivocado, o en el mejor de los casos es incompleto ? Se corre el peligro de pasar por alto un gran yacimiento sólo porque no encuadraba en el modelo teórico que se estaba empleando. Los empíricos prefieren estudiar una región y utilizar indicaciones indirectas obtenidas por métodos científicos de prospección, e.g., geoquímica, geofísica, teledetección, etc., sin partir de una idea preestablecida de donde se encontrará el yacimiento. Si existe un yacimiento en el área estudiada y se encuentra lo suficientemente cerca de la superficie, será detectado por esos métodos. Cuanto más grande el yacimiento, más fácil será encontrarlo . La eficacia de este enfoque puede ser ejemplificada por la historia del descubrimiento del gran depósito de Kidd Creek (Ontario, Canadá). En este sitio se había detectado una gran anomalía geofísica de conductividad, rasgo que podía indicar la presencia de minerales metálicos, cerca de la pista de aterrizaje de Timmins. Todo el mundo conocía este hecho pero, debido a que no encajaba en la teoría predominante, no se consideró un dato importante. La compañía minera Texas Gulf Sulfur, con un enfoque empírico, perforó en el área de la anomalía y el resto es conocido por todos los geólogos económicos: se encontró uno de los yacimientos de cobre-zinc más ricos del mundo.
Viñeta que ilustra la distinta percepción de los hechos los teóricos y los empíricos, en este caso, dos cazadores. A la izquierda, el teórico dice, "si puedo determinar de donde ha venido esto (huellas) puede que encuentre una fuente inagotable (de caza) "; el empírico le responde, "y a quien le importa de donde viene, yo me voy a cazar éste y me lo como" .
Hasta la década de los 80 puede decirse que la balanza se inclinaba fuertemente hacia el método empírico. La mayoría de los yacimientos habían sido encontrados por prospectores que en muchos ocasiones carecían incluso de una formación universitaria. Esto por solo hablar del siglo XX. Si nos remontamos a épocas anteriores, e.g., la Edad Media o la Roma Clásica, el 100 % de los descubrimientos fueron una aplicación del método empírico (y que mejor ejemplo que la España romana). Sin embargo, hay que reconocer que los yacimientos que se detectaban antaño correspondían a cuerpos aflorantes, de tal manera que su detección era relativamente simple. Esa situación está cambiando radicalmente, ya que cada vez quedan menos recursos minerales en o cerca de superficie. Probablemente la era de los empíricos esté acabando y los teóricos tengan mucho que decir en la décadas venideras, ya que el descubrimiento de nuevos yacimientos tendrá que pasar necesariamente por una serie de razonamientos de carácter eminentemente teórico.
Solo resta esperar que los modelos teóricos tengan la suficiente flexibilidad para evitar casos como el de Kidd Kreek. Para esto quizás si lo más adecuado sería que se combinase lo mejor de ambos mundos, el pragmatismo empírico y el enfoque científico de los teóricos. Tres descubrimientos probablemente ejemplifiquen esta combinación y ojalá marquen el desarrollo futuro de la exploración minera: •
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Olympic Dam (Australia; Cu-Au-U): un yacimiento encajado en
rocas graníticas y brechas del Proterozoico Medio. Este yacimiento fue encontrado en la intersección de dos megalineamientos gravimétricos y magnéticos, de carácter continental, en una zona cubierta por más de 300 m de de rocas sedimentarias estériles del Proterozoico Superior y Cámbrico. Neves Corvo (Portugal; sulfuros masivos): qué se puede agregar sobre uno de los descubrimientos más elegantes de sulfuros masivos en toda la historia minera. Aún geofísicos y geólogos se disputan la paternidad del hallazgo, aunque no cabe duda que el descubrimiento fue el resultado de la combinación de un excelente estudio estratigráfico, estructural, tectónico, y geofísico. Destaquemos que el cuerpo mineralizado no era aflorante y se encontraba a más de 200 m de profundidad. La Escondida (Chile; Cu-Mo): un pórfido cuprífero de alta ley que
fue encontrado gracias a la aplicación sistemática de un modelo conceptual. La Escondida no es un yacimiento cualquiera en su tipo, siendo en su momento el más rico y rentable dentro de la categoría de los pórfidos cupríferos. Al igual que en los casos anteriores, el cuerpo mineralizado de interés económico se encontraba a más de 200 m de profundidad bajo gravas estériles. Si bien Neves Corvo y La Escondida se encontraban en zonas favorables (provincias metalogénicas de sulfuros masivos y pórfidos cupríferos respectivamente), sus descubrimientos no pueden ser considerados como obvios o fáciles. Se trataba de yacimientos no aflorantes, cuyo descubrimiento puede ser considerado como totalmente geológico. El caso de Olympic Dam es aun más espectacular, ya que ni siquiera se conocía ese tipo de yacimiento con anterioridad. El que hoy se pueda hablar de yacimientos tipo Olympic Dam es fruto de lo que podríamos llamar "empiricismo imaginativo" y de una apuesta (bastante arriesgada por cierto) por este enfoque. Una ayuda extra en la exploración de yacimientos minerales viene dada por el desarrollo de los denominados mapas metalogénicos . En ellos se representa la distribución de yacimientos minerales en una región (de mayor o menor tamaño). Los mapas metalogénicos pueden representar una o más especies metálicas, y más de un tipo de yacimiento. La
agrupación de éstos puede venir dada por el tipo de metal y/o el tipo de yacimiento, lo que da lugar a la representación de metalotectos (acumulaciones metalíferas relacionadas con un tipo concreto de asociación de rocas, formando agrupaciones de yacimientos; terminología que se emplea en España: ver mapas metalogénicos del IGME) o provincias metalogénicas. La diferencia entre ambos tipos de representación es más de carácter semántico que real. Como mucho podríamos decir que las provincias metalogénicas abarcan más territorio, y pueden extenderse en algunos orógenos por miles de kilómetros (por ejemplo, pórfidos cupríferos en Chile-Perú), y representar más de una edad de formación de los yacimientos. De alguna manera, el trazado de metalotectos y provincias metalogénicas implica el desarrollo de conceptos teóricos y empíricos.
Un sector del Mapa Metalogénico de Murcia (IGME, 1973), donde podemos observar dos metalotectos, definidos por líneas envolventes de color azul (Pb-Zn-Ag), y marrón rojizo (Fe). Note además como los símbolos (que representan mineralizaciones individuales) tienen simbologías diferentes. Esto permite averiguar de manera rápida el tipo de yacimiento de que se trata. Así, el color nos informa sobre el metal, y el símbolo el tipo de yacimiento.
Representación de distintas provincias de pórfidos cupríferos, organizadas por edades, en Chile, Argentina, y Perú.
Trazado de provincias metalogénicas distintas a gran escala.
Finalmente, antes de pasar al siguiente capítulo del curso, recordemos aquí que la exploración geológica, cuando se hace bien, es un proceso lento, que puede tardar más de una década, y durante el cual muchas zonas que un momento parecen poseer un cierto potencial, pueden ser finalmente descartadas. La siguiente figura representa de manera esquemática las distintas etapas por las que pasa durante una campaña de exploración:
Sucesivas etapas durante una campaña de exploración: diseño, reconocimiento, trabajo de detalle, evaluación del prospecto.
Como podemos apreciar, en la etapa inicial (diseño) tenemos que considerar diversos factores: fijar unos objetivos, esto es, qué tipo de yacimiento buscamos (en función de precios de mercado, tradición de la compañía), en que región (los mapas metalogénicos pueden ser ahora muy útiles, pero conocer la situación política de un determinado país o región también lo es), determinar el modelo de exploración (de esto ya hemos hablado en el capítulo), diseñar un sistema organizativo (la exploración es una actividad compleja que requiere de recursos humanos y materiales concretos), y finalmente (no por ello menos importante), el presupuesto con se cuenta para dicha exploración. Durante la etapa de reconocimiento ya estaremos realizando trabajos de campo (cartografía, geoquímica) en la región que hemos seleccionado, y aplicando un modelo de exploración concreto; ahora habrá que seleccionar zonas específicas. Si las cosas han ido bien pasaremos a la escala de detalle, esto significa que ya disponemos de un blanco de exploración, y estamos en el momento de hablar de
sondeos. Si las cosas siguen pintando bien, se pasa a la etapa de evaluación del prospecto (posible yacimiento de carácter económico). En general, si el tonelaje es el adecuado, la economía mundial y local lo permiten, y el clima político es favorable (note la cantidad de condicionantes), entonces, a lo mejor, después de años de trabajo, podremos poner una mina en funcionamiento. Pero claro, en el camino de la exploración, como ya hemos hecho notar con anterioridad, hay más fracasos que éxitos. Una campaña de exploración regional, digamos en una zona de 300 x 50 km, los geólogos de una compañía generarán una gran cantidad de sectores potencialmente interesantes (prospectos), sin embargo, sólo una fracción mínima de éstos (o ninguno) llegarán a convertirse en yacimientos explotables. Una campaña de exploración, basada en métodos esencialmente empíricos generará una gran cantidad inicial de prospectos, mientras que otra basada en métodos teóricos producirá un numero menor. La razón es simple, el geólogo empírico no se preocupará demasiado del "cómo" unos determinados rasgos potencialmente interesantes (e.g., zonas de alteración, fracturación, geoquímica) están relacionados, mientras que el teórico, afinará más el enfoque, seleccionando así un numero inferior de prospectos. Esto es así tal cual, y existen notables ejemplos de éste fenómeno en el mundo. Hay prospectos que "en principio" parecen excelentes, y que luego, llegados a la etapa de sondeos, muestran resultados pobres o muy pobres. La siguiente figura ilustra estas relaciones:
La curva A representa una campaña de exploración basada en el método empírico y la C un modelo teórico. A medida que transcurren las distintas etapas de "afinamiento" (definición de prospecto, generación de un blanco dentro del prospecto, sondeos en el blanco, evaluación del recurso, definición del recurso, estudio de factibilidad, puesta en marcha de una mina), el numero de prospectos generados inicialmente cae rápidamente, siendo esto más notable en la curva A que en la C. La curva B muestra lo que ocurre muchas veces, esto es, que no se pasa más allá de una determinada etapa.
Bibliografía
Gammon, J.B. 1988. Gold !!! and other metals: how they are found and mined. The Institution of Mining and Metallurgy, London, 83 pp. Kesler, S.E. 1994. Mineral resources, economics, and the environment. MacMillan College Publishing Co., NY, 391 pp. Oyarzún, J. 1991. La evolución geológica y metalogénica de un orógeno: la Cadena Andina. En: Yacimientos Minerales, (R. Lunar & R. Oyarzun, eds.), 695-810. Marjoribanks, R. 1997. Geological methods in mineral exploration. Chapman & Hall, London, 115 pp. Sierra, J., Ortiz, A., Burkhalter, J. & Iglesias, J. 1973. Mapa Metalogénico de Murcia, escala 1:200.000, IGME, Madrid.
Mapas y Técnicas de Muestreo R. Oyarzun
Introducción En los capítulos anteriores hemos enumerado las distintas etapas en una campaña de exploración, analizando además la filosofía que hay detrás de cada una de ellas. En este capítulo nos centraremos en la labor geológica propiamente dicha, revisando no obstante, una serie de aspectos relacionados. A estas alturas deberíamos tener claro que el geólogo es un profesional que participa necesariamente en diversas etapas del proceso de exploración, desde el diseño de la campaña, pasando por los trabajos de campo, y llegando a la etapa de evaluación de un prospecto. Como ya mencionamos anteriormente en otros capítulos, teniendo claro cuál es el metal o mineral que nos interesa, el paso siguiente es definir el "donde" y el "cómo". En lo primero intervienen consideraciones geológicas, económicas, y políticas; en lo segundo intervienen consideraciones técnicas (incluyendo temas presupuestarios), y de manera muy importante, el modelo de exploración a utilizar. Una vez que todas estas etapas han sido completadas, se pasa a la fase más interesante bajo el punto de vista geológico: los trabajos de campo. Ir al campo no es tan solo un paseo bien pagado, requiere de un objetivo claros, un compromiso absoluto, y una definición específica de la estrategia y tácticas a seguir. No olvidemos otro tema relacionado de
importancia capital: la logística. Definitivamente no es lo mismo explorar en selva tropical, que en desiertos, o en regiones subárticas. Cada una de éstas presenta su propia problemática, partiendo por la accesibilidad a las zonas de trabajo. Otro aspecto a considerar es el factor estacionalidad. Por ejemplo, si estamos planificando trabajar en una región tropical, deberemos primero averiguar cual es la estación de la lluvias, de otra manera la campaña de exploración se puede malograr en su totalidad. O que decir de las diferencias invierno-verano en las regiones subárticas.
Los mapas Si la planificación ha sido la adecuada, ahora todo o casi todo depende del geólogo. La principal herramienta de trabajo de este son los mapas geológicos. Por eso es importante señalar aquí que vastas regiones del mundo carecen no solo de mapas geológicos, sino que en ocasiones, incluso de los topográficos. En el mejor de los casos, el geólogo podrá contar con una base topográfica 1: 50.000 y unos mapas geológicos (si los hubiera) de escalas tipo 1: 200.000 o superiores, incluyendo bases tan genéricas como la escala 1: 1.000.000. Cualquiera sea el caso, durante las etapas iniciales de la campaña de campo el geólogo detectará zonas potencialmente interesantes (prospectos), los cuales en algún momento habrá que cartografiar a diferentes escalas de detalle y semidetalle, normalmente sin base topográfica. Un prospecto, dependiendo de su extensión puede ser cartografiado a escalas del tipo 1: 10.000. Luego habrá que seleccionar dentro de éste, donde utilizaremos escalas de mayor detalle. Todo dependerá en gran medida de tres factores: •
El presupuesto. El tiempo disponible .
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El tipo de geología del prospecto .
•
Olvidándonos por un instante de los dos primeros factores, si por ejemplo el rasgo geológico más significativo de un prospecto son unos diques dacíticos de 10 m de potencia, éstos apenas obtendrán una representación gráfica a la escala 1: 10.000. Recordemos que 10 m a esta escala tendrán apenas 1 mm de grosor en nuestro mapa. Esto es absolutamente insuficiente, sobre todo si dichos diques presentan fenómenos de alteración que queremos resaltar.
Estudio de un prospecto ( Dead Horse: caballo muerto) a distintas escalas (1: 5.000 al 1:1.000), a medida que queremos más detalles sobre el blanco. Note que los mapas carecen de base topográfica.
El factor último en todos estos casos es el geólogo, quien decidirá el cómo realizar su mapa en función de los factores antes señalados. Pero claro, cada geólogo tiene su propio punto de vista de cómo hacer las cosas. Un factor que en cualquier caso jamás deberá pasar por alto es que "el tiempo es oro" . Observemos en la siguiente figura la actitud de dos geólogos frente a la misma situación de campo.
Arriba el "geólogo sistemático", abajo el "geólogo listo".
Compare el trabajo realizado en tres días. Digamos que el geólogo "listo" sopesa la importancia de cada afloramiento en términos de sus ideas con respecto a la geología del prospecto, y así desarrolla una estrategia para la búsqueda de nuevos afloramientos importantes. El geólogo listo
no solo completa antes el trabajo, sino que lo hace mejor. Recordar que el principal instrumento del geólogo en el campo no es ni el martillo, ni la brújula, ni el GPS, es "su mente". Los geólogos consultores con experiencia ( senior ) en exploración son profesionales bien pagados, que pueden ganar hasta unos US$ 800 (€ 890) por día. Un geólogo joven recién incorporado ( junior ) puede andar en el orden de los US$ 100 (€ 110). El promedio anda en el orden de los US$ 400-500 (€440-550). Por ese dinero, se exige obviamente calidad en los resultados. Por otra parte, los geólogos senior de compañía (plantilla) ganan unos US$ 4000-5000 (€ 4400-5500) al mes, mientras que los geólogos junior andan en el orden de los US$ 1000-2000 (€ 1100-2200) al mes.
La toma de muestras En esta sección no nos centraremos en lo que es la toma de muestras rutinaria para la cartografía, o una campaña geoquímica, sino que estudiaremos las metodologías concretas que se utilizan sobre las zonas más interesantes de un prospecto. Una vez localizado un blanco dentro de un prospecto lo que procede es pasar a la etapa de estudio de detalle del mismo. Durante esta fase, la toma de muestras cobra especial relevancia. Esta la llevaremos a cabo mediante tres metodologías: •
Pozos. Trincheras (calicatas) .
•
Sondeos.
•
Los pozos y trincheras se realizan ahí donde el terreno lo permite
(fácil de excavar), y se realizan normalmente mediante métodos mecánicos. Estas constituyen técnicas preliminares, en un prospecto, o pueden ser utilizadas de complementaria durante la fase de sondeos. Los pozos son muy comunes en la exploración de placeres auríferos; con maquinaria especializada se pueden alcanzar profundidades de hasta unos 13 m.
Excavador hidráulico Poclain 160; permite alcanzar una profundidad en el pozo es de unos 12-13 m. Las trincheras se utilizan para obtener muestras y cartografiar en
detalle. La excavación puede realizarse con una retroexcavadora o un bulldozer, pudiéndose alcanzar profundidades de hasta 4 m.
Geólogo trabajando en una trinchera. Note los bancos de seguridad (safety batters) para minimizar el riesgo de derrumbes.
La toma de muestra suele realizarse por roza continua (channel sampling ), abriéndose un canal (roza) con la ayuda de una sierra eléctrica, martillo neumático, o martillo geológico. La idea es que el canal tenga unos 5 cm de ancho, y sea tan largo para la toma de la muestra como continua sea la geología. Es decir, si hay cambios litológicos o mineralógicos importantes, deberemos empezar la toma de una nueva muestra a lo largo del canal:
Aunque este ejemplo es para un frente de galería en una mina subterránea, sirve igual para los propósitos del tema trincheras. Note que la roza continua de muestreo se ha realizado perpendicular a la estructura, y que tendremos tantas muestras continuas (1 a la 5) como cambios litológicos o mineralógicos son observados. Deberemos localizar en nuestro mapa de la trinchera la localización de la roza de muestreo, así mismo marcando las distancia de cada muestra continua. Existen diversas maneras de disponer los sondeos sobre un blanco de exploración. Si la investigación tiene carácter muy
preliminar (determinar si hay o no mineralización) entonces se pueden hacer unos pocos sondeos dispuestos geométricamente con criterio geológico. En el caso de que estemos en una etapa más avanzada del proceso de evaluación del prospecto, dispondremos los sondeos según una malla que nos permita obtener una información homogénea de la zona bajo estudio. Las mallas más típicas son las de tipo cuadrada y triangular. En cualquier caso, la decisión sobre el tipo de malla e inclinación de los sondeos obedecerá a criterios estrictamente geológicos. Repitámoslo una vez más, si no tenemos clara la geología no tenemos claro nada . Como regla general en el caso de cuerpos regulares (e.g., filones), la disposición y secuencia de sondeos es la siguiente:
A la izquierda podemos observar la disposición de sondeos del tipo DDH (ver más adelante: sondeos con recuperación de testigo), para estudiar un cuerpo regular delimitado por una anomalía en superficie. A la derecha podemos observar la misma situación en un corte. Dado que se ha determinado que el cuerpo mineralizado se dispone E-W, buzando 50º S, los sondeos se dispondrán con una inclinación de 40º N. Primero se llevarán a cabo los sondeos 1 y 2. Si la cosa va bien (leyes y mineralogía interesantes), pasaremos a la posición 3, y si la cosa continua bien (el geólogo está ahí mismo para testificar los sondeos "a pié de sondeadora"), se continuará con la secuencia que se presenta en la figura.
En el caso de cuerpos irregulares la situación es mucho más compleja, y el geólogo deberá determinar la mejor manera de intersectar en profundidad un cuerpo cuya morfología sólo puede intuir en base a la información geológica. Veamos el siguiente ejemplo:
Disposición de sondeos del tipo DDH para estudiar un cuerpo de geometría irregular. Recuerde que el geólogo solo contará con las intersecciones de los sondeos con el cuerpo mineralizado (segmentos en negro) para delimitar la geometría del cuerpo. Por un momento solo visualice las intersecciones y vea difícil que puede ser el proceso. Los sondeos pueden ser diversos tipos, dependiendo del tipo de
terreno y la calidad de información que queramos obtener. Entre los distintos tipos de sondeos tenemos los siguientes: • •
•
•
Hélice (auger drilling). Percusión-rotación (down-the-hole: DTH). Recuperación de testigo = diamente = diamantina (diamond drill hole: DDH). Aire reverso (circulación reversa; reverse circulation: RC).
Los sondeos de hélice son los más simples, y pueden ser realizados
manualmente o con máquinas montadas en vehículos. Se realizan en terrenos de fácil penetración, y pueden alcanzar profundidades de hasta unos 60 m, siendo 30 m una profundidad común. El diámetro normal es de unos 5-15 cm:
Realización de un sondeo tipo hélice (auger drilling). Los sondeos de percusión-rotación son realizados con un martillo
accionado neumáticamente, al que se le imprime un movimiento vertical y rotacional. La herramienta (martillo) suele ser carburo de tungsteno, permiten diámetros de hasta 20 cm, y pueden penetrar hasta unos 200 m. Dependiendo del tipo de roca, se pueden perforar hasta unos 100150 m en unas 8 horas. Si bien su coste es bajo (comparado con la de recuperación de testigo), la información geológica que entrega es pobre, ya que ésta consiste tan solo en la gravilla ( cuttings ) que sube por las paredes de la perforación a medida que se inyecta aire a presión por las varillas (rods). Su principal uso es para la determinación de leyes. Otro problema que presentan es la contaminación: los materiales que ascienden se pueden contaminar con otros, de tramos superiores, que han caído por efectos del movimiento de la varillas:
Percusión-rotación (down-the-hole: DDH). Observe como se inyecta aire a presión (flechas descendentes) por las varillas (rods). Al llegar al fondo, el aire transporta en suspensión hacia arriba (flechas ascendentes) al material desmenuzado ( cuttings) que se encuentra en el fondo de la perforación.
son caros pero proporcionan gran información geológica. Los precios son de alrededor de US$ 100 (€ 110) por metro perforado. La herramienta de corte es un tubo hueco con una corona de diamante en la cabeza, siendo los diámetros más comunes: 2.17 - 6.35 cm. Se pueden perforar hasta 10 m por hora. La herramienta gira y corta un testigo de roca (testigo) a medida que profundiza. Dicho cilindro de roca queda contenido dentro del tubo portatestigo. A medida que se profundiza, se van agregando varillas al sistema. El problema es que cuando el portatestigo está lleno (3 m), hay que retirar el varillaje que se ha ido agregando progresivamente. Cuando se han perforado muchos metros, por ejemplo, más de 100, toma tiempo recuperar el tubo portatestigo, y recordemos, el tiempo es dinero. Para remediar esto se puede utilizar un tubo portatestigo conectado con un cable a superficie ( wireline core barrel ), pero en ese caso, el diámetro del testigo será inferior. Los sondeos
con recuperación
de
testigo
Esquema del tubo portatestigo.
Al centro, sondeadora DDH . Los sondeos por aire reverso son muy populares, y están en uso desde los años 70. El sistema permite la recuperación de cuttings por
inyección de aire o agua a través de un sistema de pared doble, que evita los problemas de contaminación que se producen en el sistema percusión-rotación. Son de gran velocidad y en algunos casos pueden ser implementados como sistemas duales RC/DDH.
Aire reverso. Note como el aire/agua entra por un sistema interno de doble pared (flechas descendentes) y regresa con los cuttings a superficie por el interior (flechas ascendentes), lo que evita la contaminación que suele producirse en el sistema percusión-rotación.
Qué se hace con un testigo ? Los primeros estudios se llevan a cabo
"a pié de sondeadora", luego los testigos son enviados a una nave donde se almacenan y pueden ser estudiados en detalle. Una mitad (sección longitudinal) suele destinarse para análisis químicos (determinación de leyes). Con la otra mitad del testigo el geólogo estudiará la litología, mineralogía, en parte algunos rasgos estructurales, y el RQD.
Casos reales de campañas de exploración llevadas a cabo con éxito Revisaremos brevemente en esta sección cuatro descubrimientos emblemáticos en Chile, todos ellos realizados en tiempos modernos, y llevados a cabo por equipos de geólogos: La Escondida , Candelaria, El Indio, y La Coipa.
Los dos primeros fueron descubiertos en fajas metalogénicas "conocidas" de edades Eoceno-Oligoceno y Cretácico, respectivamente. En concreto, Candelaria fue encontrado en las proximidades de un conocido distrito de cobre (Punta del Cobre). El Indio y La Coipa por su parte se encontraron en una faja metalífera "nueva" (es decir, se definió a partir de los descubrimientos que se realizaron), de edad Mioceno. Sin embargo en la zona habían labores mineras previas de tipo artesanal (pequeña minería), lo que ilustra la importancia de la presencia de antiguas labores mineras (donde hay yacimientos puede haber más). •
El Indio (6 Mt, 12 g/t Au, 110 g/t Ag, 4.6% Cu) : se encuentra en la Cordillera de los Andes, a cotas superiores a los 4000 m. El distrito se sitúa en una faja de alteración hidrotermal que se extiende 250 km en N-S, con 1-10 km de ancho. Las primeras propiedades mineras se constituyeron ya en 1967. Sin embargo la primera inspección "geológica" se realizó en 1974 (ENAMI). En 1975 se realizan trabajos de detalle por parte de la empresa St. Joe. Epoca de máximo riesgo político. El mérito de la St. Joe, consistió en asumir tales riesgos, enfrentándose además a una situación logística precaria y a una gran complejidad estructural en los sistemas filonianos.
Faja de alteraciones en el norte de Chile donde se inserta El Indio. •
La Coipa (64 Mt, 1.1 g/t Au, 89 g/t Ag) : la Coipa se sitúa en la alta Cordillera, a 4100 m de altitud, en una faja metalífera que se encuentra al norte de la de El Indio, en un distrito minero hoy denominado Maricunga. A este también pertenecen otra serie de mineralizaciones epitermales. El yacimiento se encuentra a pocos km del
camino Tinogasta-Copiapó (la receta chilena: buscar yacimientos cerca de un camino o vía férrea, lo mismo se aplica a La Escondida ). La zona de alteración hidrotermal ya había sido reconocida en el siglo pasado. El descubrimiento se benefició de otro (El Indio): el éxito acarrea más éxito. La Compañía: Sierra Morena, primero subsidaria de la Phelps Dodge y luego de la Gold Fields, utilizó una geología moderna con modelos conceptuales (teóricos) de reciente desarrollo (modelo para yacimientos epitermales). Definida el área de exploración, se tomaron 1750 muestras de suelo o roca alterada (regolito) para geoquímica en una área de 3 x 2 km (afinando el blanco), lo que de inmediato mostró una clara anomalía, con valores de 60-70 g/t Ag y 0.02-2.8 g/t Au. Cuando se cavaron trincheras con bulldozers estos valores subieron hasta 670 g/t de Ag en tramos de 60 m. La roca muy alterada dio problemas en la recuperación de sondeos.
La Coipa y otros epitermales relacionados. •
La Escondida (1760 Mt, 1.6% Cu): este yacimiento se sitúa en la faja Terciaria de los pórfidos cupríferos, en la II Región de Chile. Se trata de un descubrimiento muy relacionado con la personalidad de un geólogo: David Lowell (ver capítulo: Exploración de recursos minerales), aunque recordemos que u descubrimiento suele tener muchos "padres" (por el contrario, los fracasos suelen ser "huérfanos"). El proyecto fue concebido y liderado por Lowell, con capitales de la Utah Int. y la Getty Oil Co. Se exploró una faja N-S (pórfidos cupríferos) de 450 x 50 km, entre Chuquicamata y El Salvador. Se solicitaron 114 grupos de pertenencias mineras (250.000 hectáreas; medidas precautorias). Se tomaron 2070 muestras de suelo para geoquímica, a analizar por Cu, Mo, y Zn, que permitieron definir 30 anomalías geoquímicas, 10 de las cuales fueron consideradas significativas. Una de ellas, especialmente atractiva, presentó valores de 90-580 ppm de Cu, 12-22 ppm de Mo, y 100-325 ppm de Zn. Los primeros sondeos se realizaron en Septiembre del 1979. También se descubrió Zaldivar (muy cerca), pero luego la propiedad minera fue adquirida por Outukumpu.
La Escondida y otros pórfidos cupríferos en Chile y Perú. Los círculos negros grandes indican tonelajes iguales o superiores a 50 Mt de cobre metal. •
Candelaria (366 Mt, 1.1% Cu, 0.26 g/t Au) : Candelaria se sitúa al lado de uno de los distritos de cobre más emblemáticos de Chile: Punta del Cobre (importante
desde el siglo XIX). En concreto se localiza en una zona de metamorfismo de contacto entre granitoides del Cretácico medio y rocas volcánicas y carbonatadas del Cretácico inferior. Otro hecho a resaltar es su curiosa paragénesis, con sulfuros de cobre, oro, y magnetita, en abundancia esta última como para casi ser considerada como un yacimiento de hierro. Otro rasgo a destacar es el intenso metasomatismo sódico y potásico que presentan las andesitas. La empresa: la Phelps Dodge, tuvo un comienzo modesto en la zona, empezando con dos minas pequeñas que compraron (Santos y Reguardo), junto con una planta procesadora de minerales. A partir de ahí expandieron reservas. Hoy por hoy, está definida una zona mineralizada de 2000 x 600 m, en producción a cielo abierto desde el año 95.
Candelaria y el distrito minero de Punta del Cobre. Note la relación con rocas de metamorfismo de contacto y la zona de cizalla.
Donde dije digo, digo Diego: la importancia de ser adaptable O cómo wrong también puede convertirse en right (Olympic Dam, Australia)
En los años 50 se desarrolló una auténtica revolución en el pensamiento geológico en Australia con respecto a el origen de los yacimientos metalíferos del Precámbrico. Hasta entonces estos yacimientos habían sido considerados como hidrotermales s.s., esto es, generados por soluciones calientes ascendentes provenientes de un magma granítico (recuerde, estamos en los años 50). Pero de pronto, empezaron a aparecer rasgos geológicos que apuntaban a que estas mineralizaciones podían ser de origen sedimentario, por ejemplo, el caso de Broken Hill. Analicemos por un instante las consecuencias de este cambio radical del pensamiento. Estos yacimientos podían ser explicados en términos sedimentarios, sin que hiciera falta la intervención de cuerpos ígneos profundos. Este pensamiento se vio reforzado por los estudios que habían realizado los geólogos ingleses (principalmente) en el Copper Belt de Zambia (en esa época: Rodesia del Norte). De acuerdo a las ideas prevalecientes, esos yacimientos de cobre (e.g., Mufulira, Rokana, N’kola, y muchos otros del Copper Belt) se habían generado por procesos sedimentarios, en los que habían intervenido probablemente también, procesos bacterianos electroquímicos, y exhalativos. Sumemos a esto que se suponía (y supone), que el cobre se había derivado del basamento de la secuencia Proterozoica que alberga las mineralizaciones estratiformes del Copper Belt. De esta manera, con sentido común, los geólogos australianos hicieron un rápido ejercicio mental percatándose de que en principio también ellos disponían de una basamento antiguo y una cubierta Proterozoica-Cámbrica, de tal manera, que ¿ por qué no podía haber en Australia yacimientos de cobre equivalentes a los del Zambian Copper Belt ? En Australia del Sur estaban las rocas muy antiguas del cratón Gawler, y encima de éstas, en discordancia, las facies sedimentarias del Stuart Shelf . Reforzando aún más este pensamiento estaba la presencia de un pequeño yacimiento estratiforme de cobre emplazado en las facies del Stuart Shelf: Mount Gunson. Utilizando datos indirectos, tales como intersecciones de lineamientos gravimétricos y magnéticos de carácter regional-continetal, los geólogos de la compañía minera Western Mining decidieron que el punto donde está Olympic Dam era el más promisorio. Este modelo de exploración (teórico en muchos aspectos) se veía reforzado por el hecho de que Mount Gunson estaba precisamente asociado a uno de esos lineamientos.
Mapa de la anomalía de Bouger de Australia de Sur, mostrando la posición de Olympic Dam y Mount Gunson en relación a lineamientos gravimétricos.
Los sondeos comenzaron en 1975, cortando el primero 335 m de sedimentos horizontales del Cámbrico y el Proterozoico (facies del Stuart Shelf). Luego el sondeo pasó la discordancia (con el cratón Gawler) y cortó 40 m de mineralización de cobre de baja ley (~ 1 % Cu), y no fue hasta el noveno sondeo que se encontraron leyes económicas. Los geólogos de la Western Mining rápidamente se dieron cuenta de que había dos cosas que no encajaban con el modelo: • •
La zona mineralizada estaba en el basamento, no por encima de éste. La roca encajante de la mineralización eran brechas graníticas hematíticas, no sedimentos.
Unidades geológicas principales y posición de Olympic Dam.
Digamos que los hechos modificaron radicalmente la perspectiva dictada por el modelo de exploración. A continuación, a medida que se estudiaba en mayor detalle la geología del yacimiento, se continuó modificando el modelo. Los hechos pueden ser resumidos de la siguiente manera: •
•
•
Modelo de exploración (pre-sondeos): yacimiento estratiforme de cobre en la cubierta sedimentaria de un basamento antiguo. Debris flow de brechas y avalanchas de roca a lo largo de los escarpes de fallas activas. Las brechas habrían sido mineralizadas por las soluciones provenientes de actividad geotermal en relación con un vulcanismo. El modelo avanzado: yacimiento principalmente hidrotermal formado hace unos 1600 millones de años, asociado a diatremas que se formaron en relación con un vulcanismo ácido.
Evolución del modelo para Olympic Dam. Arriba, el modelo de exploración; al medio, el modelo que se desarrolló a luz de los primeros sondeos; y abajo, el modelo avanzado.
A partir de este texto extraiga sus propias conclusiones, sin olvidar que la exploración necesita de mentes con ideas, lo suficientemente flexibles sin embargo, como para que un modelo (que puede ser correcto o no) jamás atenace nuestras decisiones. La cratonización es un fenómeno que debe afectar a las rocas, no al pensamiento.
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Oyarzun, R. & Oyarzún, J. 1991. Pórfidos curpríferos. En: Yacimientos Minerales, (R. Lunar & R. Oyarzun, eds.), 355-382. Oyarzun, R. 1991. Mineralizaciones epitermales de metales preciosos. En: Yacimientos Minerales, (R. Lunar & R. Oyarzun, eds.), 383-404. Oyarzun, R., Rodríguez, M., Pincheira, M., Doblas, M. & Helle, S. 1999. The Candelaria (Cu-Fe-Au) and Punta del Cobre deposits (Copiapó, Chile): a case for extension-related granitoid emplacement and mineralization processes ? Mineralium Deposita, 34: 799-801. Rivera, S. 1991. La exploración del yacimiento epitermal de plata-oro La Coipa, Chile: antecedentes históricos y geológicos de un caso real. En: Yacimientos Minerales, (R. Lunar & R. Oyarzun, eds.), 405-416. Selby, J. 1987. Patterns in the crust: a key to ore discovery. Geology Today, September-October, 160-164. Selby, J. 1991. Olympic Dam: a giant Australian deposit. Geology Today, January-February, 24-27. Shackleton, W.G. 1986. Economic and applied geology. Croom-Helm, London, 227 pp. Thomas, L.J. 1985. An introduction to mining. Methuen, Sydney, 471 pp.
Estimación de Reservas R. Oyarzun
Introducción A lo largo de estos capítulos hemos estudiado el porqué y cómo se prospectan los yacimientos minerales. En éste entraremos a analizar lo que ocurre una vez que hemos encontrado un depósito mineral. Aquí estudiaremos los aspectos más básicos de una de las labores más complejas y de mayor riesgo económico en las que puede verse implicado un geólogo: la estimación de reservas (cubicación). Las muestras a partir de las cuales se estiman las reservas de un yacimiento representan una fracción mínima de éste. Por ejemplo, en la evaluación del pequeño pórfido cuprífero de Copper Flat (Nuevo Mexico, USA), se recuperaron a partir de una malla densa de sondeos, unas 200 TM (toneladas métricas) de testigos. De esas toneladas se utilizó una fracción solamente para análisis químicos, y con este material se definieron : • •
60 x106 TM de mineral. 150 x 106 TM de estéril.
Comprendamos de esta manera el grado de dificultad que se encuentra implícito en este tipo de trabajos. Si el geólogo se pasa (sobreestima), la compañía puede empezar unos trabajos mineros que no serán rentables. Si se queda corto (subestima), la compañía puede tomar la decisión de abandonar un prospecto que era rentable. En estas operaciones pueden haber cientos, si no miles de millones de Euros en juego. Existen reglas claras para "afinar la puntería" ? d esgraciadamente no, y solo podríamos mencionar dos herramientas indiscutibles: •
•
Entender la geología del prospecto, ya que sin una compresión adecuada de ésta, puede dar lo mismo el grado de refinamiento matemático que se emplee, que las probabilidades de cometer un grave error serán altas. Recuerde: las reservas las estima un geólogo, no un ordenador ni un paquete de software. Somos geólogos, no "aprietabotones". Por ejemplo, antes de aprender a utilizar el sistema Navstar (navegación vía satelital), un oficial de la marina tiene que aprender a utilizar el sextante para determinar la posición de su barco. Entender el modelo de yacimiento que estamos aplicando, siendo lo suficientemente flexibles como para modificar nuestra perspectiva si los datos no se ajustan al modelo. Recuerde Olympic Dam (capítulo anterior).
Analicemos el siguiente ejemplo. En negro observará las intersecciones entre los sondeos y la masa mineral. Arriba tenemos la interpretación de la morfología de los cuerpos por parte del geólogo, y abajo la forma real de éstos. La diferencia en tonelaje es evidente, con el caso superior correspondiendo a una sobreestimación. Se podría evitar ésto ? sí, por ejemplo, con un buen control de la geología en superficie. Note que las dos situaciones se corresponden a su vez, a marcos geológicos notablemente diferentes. Importante: 1) sin sondeos no se puede evaluar un prospecto; 2) sin un control geológico riguroso, no se debe empezar a sondear.
Cabe destacar que los depósitos minerales eran evaluados, y sus reservas estimadas, mucho antes de que aparecieran los ordenadores y los métodos geoestadísticos. Se medían á reas, se estimaban volúmenes y tonelajes, y las leyes se promediaban utilizando papel y lápices, regla de cálculo o calculadoras mecánicas. Esos resultados no eran peores (y en algunos casos eran considerablemente mejores) que algunas estimaciones modernas por geoestadística con pobre control geológico. Antes de continuar, necesitamos definir de la manera más precisa posible tres términos relacionados con la estimación de reservas. Se trata de los contactos de tipo geológico,
mineralógico, y económico. Para evaluar un recurso tenemos que pensar en términos de estos tres conceptos: •
•
•
Contacto geológico: los límites litológicos y/o estructurales de una determinada unidad. Contacto mineralógico: definido por la extensión de la masa mineral (recurso "geológico"); puede o no coincidir con los contactos geológico (puede ir más allá de una determinada litología) y económico (a partir de un punto las leyes pueden ser subeconómicas). Contacto económico: los límites del material a partir del cual se pueden obtener ganancias (cut off grade).
Contactos de tipo geológico, mineralógico, y económico.
La estimación de reservas es mucho más que una mera proyección espacial (3D) de las leyes (por ejemplo, % Cu, g/t Au, etc). Para determinar el verdadero valor de un yacimiento necesitaremos además determinar y proyectar los siguientes parámetros:
•
Peso específico de la roca mineralizada. Potencia de la roca mineralizada.
•
Tipo de mena (mineralogía).
•
Estimación del grado de recuperación metalúrgica.
•
Contenido en humedad.
•
Competencia de la roca – RQD.
•
A partir de este punto, nos concentraremos en los aspectos estadísticos básicos de la proyección de datos de leyes.
Metodología clásica En esencia, una estimación de reservas consiste en definir un volumen, al cu al se le aplica una ley y una densidad (peso específico): T = A x P x PE
Donde: T: es el tonelaje del sector del depósito bajo evaluación. A: el área; visualización 2D del sector del depósito bajo evaluación; normalmente una sección vertical en cuerpos mineralizados irregulares. P: la potencia; distancia horizontal aplicada a dicha sección. PE: el peso específico de la roca mineralizada.
Si al resultado le aplicamos una ley concreta (e.g., 2.3 % Cu), entonces tendremos toneladas con una ley específica (e.g., 2500 toneladas a 2.3 %Cu). En el caso de la determinación de la ley media de un sondeo tendremos:
Si d son los tramos del sondeo (medidos en metros) y l las leyes de dichos tramos, entonces la ley media del sondeo será: Leymedia = Σ l i x di / Σ di
En el caso de la determinación de la ley media de una sección de un depósito tendremos: Leymedia = Σ l DDHi x Ai / Σ Ai
Esta metodología es particularmente útil en la estimación del tonelaje de cuerpos mineralizados irregulares.
Ejemplo de una sección. Primero calcularemos las leyes medias de los sondeos (DDH). A continuación aplicaremos esa ley al área que resulta de aplicar la distancia media entre los sondeos (áreas definidas por las líneas de segmento). Calcularemos las áreas mediante planimetría, y determinaremos la ley final de la sección como: Ley sección = Σ l DDHi x Ai / Σ Ai.
Y para obtener un volumen al que aplicarle las leyes y pesos específicos, así tendremos:
Una vez determinadas las leyes de cada sección, lo que debemos hacer es calcular los volúmenes. En el ejemplo que muestra la figura, el volumen de roca mineralizada será igual a: (A1 + A2) x 0.5D, siendo D la distancia entre las secciones A1 y A2.
Otro sistema es el denominado método de los polígonos. Este método ha sido utilizado por la industria minera durante décadas. Es un método simple, las matemáticas son fáciles, y las estimaciones pueden ser realizadas de manera rápida. Se emplea principalmente en cuerpos tabulares (e.g., filones). Lo sondeos se dirigen normalmente a 90º con respecto a la masa tabular bajo evaluación. Para la construcción de los polígonos se pueden emplear dos procedimientos: • •
Bisectores perpendiculares. Bisectores angulares.
Métodos de los bisectores perpendiculares y bisectores angulares. Los pequeños círculos representan las posiciones de los sondeos, el círculo negro, indica el sondeo central. En el primer caso (a), el polígono será construido trazando perpendiculares a las líneas de segmento (bisectores perpendiculares), que unen los sondeos periféricos con el sondeo central. Dicha perpendicular pasará por el punto medio de las líneas de
unión. En el segundo caso (b) el polígono se construye intersectando las bisectrices de los ángulos que se forman al unir los distintos puntos (bisectores angulares). A cada polígono se le asignará una potencia (espesor de la masa mineralizada económica: Th) y una ley (G ). La ley se determinará de la siguiente manera (a): LeyABCDE = Ley1 x 0.5 + Ley2 x 0.1 + Ley3 x 0.1 + Ley4 x 0.1 + Ley5 x 0.1 + Ley6 x 0.1, donde 1 es el sondeo central, y 2-6 los periféricos.
Ejemplo real de aplicación del método de los polígonos (cuerpo mineralizado estratoligado aurífero de Hemlo, Canadá). El depósito tiene una orientación E-W, buzando 65ºN. El cuerpo ha sido proyectado en una sección vertical. Note los distintos fondos, en blanco (polígonos), reservas probadas; en puntos reservas probables; en blanco (bordeando los zonas de puntos), reservas indicadas (posibles).
Hasta aquí los aspectos más básicos de la estimación de reservas. Para continuar necesitamos incorporar tres conceptos claves para entender la estimación de reservas en su perspectiva económica real:
•
La dilución de leyes. El coeficiente de extracción.
•
La recuperación de metal.
•
Resulta prácticamente imposible extraer solo el material económico en una mina, de tal manera que durante el proceso de la voladura de roca, quedará siempre incluido material estéril (lo cual lleva a la dilución de leyes). Las causas son las siguientes: •
•
•
Sobrevoladura: material que está fuera de los límites económicos del cuerpo mineralizado queda incluido en el material extraído. Dilución interna: material subeconómico que se encuentra incluido dentro del cuerpo económico y que no puede ser segregado. Dilución de reemplazo o contacto: si el contacto estéril/mineral es muy irregular (y esto suele bastante normal), el resultado será que un volumen equivalente de material estéril substituirá al material económico. Aunque la voladura de roca es un arte que en ocasiones roza la perfección, tampoco se le pueden pedir milagros.
Ejemplo de dilución de reemplazo. La línea continua marca el contacto económicomineralógico, la de segmento, lo que por ingeniería se puede obtener (contacto promedio). Observe como en el material que se va a arrancar, entran zonas de mineralización subeconómica o estéril (waste), y como a su vez, zonas de mineral económico (ore) queda afuera.
Las minas operan con valores establecidos de dilución, que deben ser aplicados a las determinaciones de tonelaje realizadas por los geólogos (diálogo ingeniero de minas – geólogo).
A esto hay que sumarle el concepto de mineral extraíble. Es prácticamente imposible extraer el 100 % del material económico de una mina. En el caso de una mina subterránea es fácil de entender esta situación, pero tengamos en cuenta, que en cierta medida lo mismo se aplica a las minas a cielo abierto. Si queremos que la mina no colapse, obviamente no se podrá extraer de ella todo el material que queremos. Por ejemplo, a lo mejor solo el 80% del material será susceptible de ser extraído si se desea mantener límites adecuados de seguridad. Así, y siguiendo este ejemplo, para una reserva "geológica" de 10.000 TM de mineral al 2.3 % Cu, con un factor de extracción del 80 %, y una dilución del 10 % tendremos: 10.000 x 0.8 = 8.000 TM al 2.3 % Cu Si aplicamos a esta cifra una dilución del 10 % tendremos: 8.000 x 1.1 = 8.800 TM y la ley diluida será de: Leyfinal = (8.000 x 2.3 %)/8.800 = 2.09 % Cu Con lo cual tendremos al final de nuestras cuentas: 8.800 TM al 2.09 % Cu. Recuerde, bajo un punto de vista exclusivamente geológico, las reservas eran inicialmente de 10.000 TM al 2.3 % Cu. Esto en lo que se refiere a la parte "minera" del problema. Pero a ésto tenemos que agregarle la problemática de la recuperación metalúrgica del metal en cuestión. Sigamos con el mismo ejemplo. Una tonelada de material de mina al 2.09 % Cu contiene 20.9 kilos de cobre. Si este material da unos 65 kilos de concentrado al 30 % Cu, entonces tendremos: 65 kg x 0.30 = 19.5 kg y la recuperación metalúrgica será entonces de: 19.5/20.9 = 0.93 (93 %) Como podemos apreciar, los valores que obtenemos de la estimación de reservas constituyen solo una primera aproximación al tema más importante a considerar, esto es, la viabilidad económica de recurso mineral. Por eso, el que un recurso sea o no explotable va mucho más allá de una estimación de cuantas toneladas y con qué leyes. Además, si recordamos lo estudiado en capítulos anteriores, también debemos considerar aspectos tan variados como son el panorama de la economía mundial (ciclo de crecimiento, ciclo recesivo ?), el tecnológico (requerirán las nuevas tecnologías el metal o
mineral en cuestión ?), el ambiental (será permitido extraer y procesar el recurso en un determinado sitio ?), y por qué no, el político (que sistema de gobierno impera en una región, peligro de golpes de Estado, guerrillas? ). Todos estos aspectos están además relacionados entre sí de una manera u otra.
Métodos geoestadísticos: una introducción al tema Supongamos que tenemos un conjunto de datos (1: fichero Excel) de leyes repartidas en un espacio XY, y asignamos a cada muestra un símbolo con un tamaño proporcional a su valor:
A la izquierda representación de las muestras del conjunto 1, el tamaño de los puntos es proporcional al valor de cada una; a la derecha una representación 3D de la distribución.
Para este conjunto de datos la media es 0.93 y la desviación estándar igual a 1.20 (valores redondeados). A continuación realizaremos lo siguiente, consideraremos un nuevo conjunto
de datos (2: fichero Excel), equivalente al anterior en cuanto a número de muestras y posición de los puntos de muestreo, pero donde los valores de las muestras han cambiado de posición:
A la izquierda representación de las muestras del conjunto 2, el tamaño de los puntos es proporcional al valor de cada una; a la derecha una representación 3D de la distribución.
Si realizamos los cálculos estadísticos correspondientes, descubriremos que la media nuevamente es 0.93 y la desviación estándar igual a 1.20. En otras palabras, los conjuntos 1 y 2 son “estadísticamente equivalentes”. Sin embargo, resulta evidente, bajo cualquier punto de vista, que la distribución espacial XY de los valores es substancialmente diferente en cada caso: en el primero existe una cierta dispersión de los valores, mientras que en el segundo, estos se agrupan de acuerdo a dos trends de dirección NW bien definidos. De alguna manera podríamos intuir que en el primer caso la distribución de los valores es más bien aleatoria mientras que en el segundo distinguimos una marcada “anisotropía”.
Resulta claro que la estadística “clásica” no resulta una herramienta útil para tratar casos de esta naturaleza, los cuales por otra parte, son comunes en geología, ya que no trabajamos con datos abstractos, sino que estos tienen una distribución en el espacio. Es decir, para cada muestra, con coordenadas XY, existe al menos un valor Z. Este último puede corresponder a una concentración de cobre y/o zinc en un punto XiYi, o bien a un valor de emisión de gases de mercurio, o cualquier otro ejemplo que se nos venga a la mente. La pregunta es entonces ¿ como poder relacionar los valores con sus posiciones en el espacio ? y más importante aun ¿ como relacionar dichos valores entre sí ? Este es el requisito básico para poder interpolar datos y obtener una información gráfica sobre las tendencias mostradas por las variables (kriging ). Esto se obtiene mediante la herramienta más básica de la geoestadística, el variograma, una función matemática que nos permite estudiar las diferencias entre muestras y la direccionalidad (anisotropía) de los valores. Realicemos la siguiente abstracción mental, si la distancia h entre dos muestras es igual a 0, la diferencia entre los valores de estas será nula (y la varianza = 0). Si ambas muestras están muy cerca, existirá una diferencia, pero esta, expresada como la varianza, será muy pequeña. Sin embargo, a medida que las muestras estén más alejadas, llegará un momento en el cual deje de haber una “relación” entre las muestras. ¿ Como podemos determinar esto ? mediante la construcción matemática de un variograma experimental y su ulterior modelización. En términos muy simples podemos definir el variograma como la media de los cuadrados de las diferencias entre pares de muestras separados por una distancia h:
γ (h) = 1/2n Σ [Z(xi) - Z(xi + h)]2 Donde: h = distancia entre los pares. n = número de pares. Z(xi) = la localización y valor de la muestra.
Ejemplo clásico de un variograma experimental ajustado al llamado “modelo esférico”. La varianza crece sistemáticamente hasta “a” (rango o alcance) distancia a partir de la cual las muestras empiezan a ser independientes unas de otras. El “ sill ” muestra la zona de la curva donde los valores ya no se correlacionan.
A diferencia del caso anterior, donde la curva empieza en el origen del sistema XY (varianza 0), aquí observamos el denominado efecto pepita ( Nugget ), el que se debe a fluctuaciones aleatorias de la variable o a errores en el muestreo.
¿ Pero como se construye un variograma experimental ? ¿ de donde salen los puntos en un gráfico de esta naturaleza ?
Isobel Clark en su obra ya clásica Practical Geostatistics (1979) nos propone el siguiente ejemplo. Imaginemos una malla cuadrada donde se han tomado una serie de muestras con determinados valores, y digamos que la distancia entre muestras es de 100’.
El primer punto de nuestra función γ (h) vendrá dado por γ (100), esto es, la media de los cuadrados de las diferencias entre todos los pares de muestras separados por una distancia de 100 m:
De esta manera obtenemos el primer punto para la construcción del variograma experimental, donde en el eje Y (γ (h)) tendremos un valor de 1.46 y en el X (h) otro de 100. Para conseguir el segundo punto γ(200) haremos lo siguiente (y así sucesivamente):
Estos puntos aparecerán en el variograma experimental de la siguiente manera:
Y así continuaríamos con γ(300), γ(400), γ(500), etc. Podríamos continuar de esta manera hasta 800’, la máxima distancia muestreada, pero en general, se suele ir (particularmente si los cálculos son “a mano”), hasta la mitad de la distancia, esto es, 400’.
En este caso estamos realizando un variograma experimental E-W, pero como ya hemos discutido previamente, la distribución de los valores en el espacio puede variar según la dirección en que nos movamos (anisotropía). De ahí que sea importante realizar estas operaciones en al menos tres direcciones en un plano XY: N-S, E-W, y NW-SE, para comprobar el grado de anisotropía del sistema. El uso de paquetes informáticos modernos permite realizar estas operaciones con mucha facilidad en ordenadores tipo PC (entorno Windows©), y un número de ellos, entrega “por default ” el denominado variograma omnidireccional, esto es, un “promedio” de los distintos posibles variogramas que se pueden realizar para d iferentes direcciones. Aunque algunos programas como Surfer8© determinan además el grado y dirección de la anisotropía, conviene no obstante cerciorase geológicamente de la validez del variograma omnidireccional, esto es, determinar si la anisotropía (o ausencia de esta) detectada tiene o no sentido. En otras palabras, un programa será tan bueno o tan malo como quien lo utilice. Cabe destacar no obstante, que programas como Surfer8© permiten además realizar variogramas experimentales en direcciones concretas fijadas por el operador. De cualquier manera, todo esto es “algo más” que pasar los datos (XYZ) a un archivo Excel y pedirle al programa que nos proyecte los datos de la función γ (h). Una vez que aparezcan los datos en el gráfico (variograma experimental), deberemos seleccionar el modelo que mejor se ajuste a nuestros datos. Ya hemos visto al comienzo la representación del denominado modelo esférico (con efecto pepita: nugget ). Aunque este suele ajustarse bastante bien a muchos casos en minería o geoquímica, conviene que conozcamos otros modelos:
Otros modelos de variograma.
Esta fase del trabajo es muy importante, ya que el trabajo de kriging depende totaomente de: 1) del modelo a utilizar; y 2) del grado y direccionalidad de la anisotropía. En otras palabras, el kriging será tan bueno o tan malo como el ajuste previo que hayamos realizado en el variograma. Pero ¿qué es kriging exactamente ? al comienzo de esta sección lo definimos como un método de interpolación, aunque como veremos, el kriging aplicado a la estimación de leyes y reservas (o a tendencias geoquímicas en trabajos ambientales), es mucho más que esto.
Consideremos el siguiente problema, tenemos varios puntos de muestreo, con sus respectivos valores, y deseamos estimar el valor del punto A:
Se nos ofrecen múltiples posibilidades, empezando por decidir que el punto 1 tendrá “más influencia” que, digamos, el punto 5. Sin embargo ¿ cuánta más influencia debería tener ? Aquí entramos en el problema de la ponderación y los métodos matemáticos clásicos de interpolación (inversos de la distancia, inversos de los cuadrados de la distancia, etc). Si recordamos el caso de la estimación de leyes mediante el método de los polígonos, dijimos que un procedimiento común era asignar el 50 % del valor final al punto central y otro 50 % a los puntos situados en la periferia. En el ejemplo de abajo esto sería 50 % al sondeo del centro y 50 % a los cinco restantes (10 % a cada uno).
Como en todas las cosas de la vida “si funciona no lo cambies” (o en inglés: never change a winning game), pero ¿ y qué pasa si nuestra estimación de leyes no está siendo la mejor posible o es claramente mala ? Ahora es cuando deberíamos recurrir a los métodos geoestadísticos, y en particular al variograma, nuestra herramienta básica.
Existen dos razones principales para hacer esto: 1) el variograma de nos da una medida del “alcance” (range) de las muestra, esto es, nos dice hasta adonde en el espacio los valores de estas son “significativos”; y 2) nos da una idea de la variabilidad de los valores en el espacio, esto es, si el sistema es fuertemente anisotrópico, las muestras pueden tener una mejor correlación en una dirección que en otra. En otras palabras, el “alcance” será dependiente de la dirección. Si nuestro caso corresponde a un pórfido cuprífero, el comportamiento (dado el tipo geométrico de mineralización) será más bien isotrópico, pero si el ejemplo corresponde a un filón, intuitivamente podemos pensar que la anisotropía en el sistema será mayor. Por ejemplo, esperaremos una mayor continuidad a lo largo de la dirección del filón que de su buzamiento. Por otra parte, la caída de las leyes será bastante abrupta cuando salgamos de la estructura mineralizada. Volvamos al ejemplo de arriba introduciendo las distancias entre los puntos:
¿ Cómo determinamos entonces la ley en el punto A ? Ahora es cuando todo empieza a tener más sentido: necesitamos el variograma para determinar “que” muestras pueden tener una influencia “real” en la estimación de la ley (o cualquier otra variable que estemos considerando), ya que el “alcance” (Rango a) nos da una idea de hasta que distancia existe una relación entre las muestras. Por ejemplo, si el alcance determinado por la modelización del variograma fuera de a = 100 m, la muestra 5 tendría que ser descartada (está a unos 134 m de distancia del punto A). A efectos prácticos, todos los cálculos son realizados hoy en día por programas especializados, algunos de los cuales pueden ser muy caros (miles de euros). Opciones relativamente económicas son programas como Surfer8© o EcoSSe©, que como contrapartida no permiten el diseño y estudio de bloques (donde realizar la estimación: block kriging en el sentido “minero” del término), aunque se puede realizar una buena modelización de variogramas experimentales y desarrollar kriging puntual. De esta manera se pueden obtener mapas donde la interpolación de valores en el espacio XY está controlada por la función γ (h). Volvamos a uno de los ejemplos del principio (datos 2) trabajando con Surfer8©:
Representación de los datos del conjunto 2. Esta vez hemos puesto sobre cada punto, el valor real Z (fichero Excel).
Con estos valores y sus respectivas posiciones en el espacio XY desarrollamos el variograma experimental, y a partir de este, buscamos el modelo que mejor se ajuste a la distribución.
Sin modelizar no tenemos ningún efecto de anisotropía (ver circulo perfecto a la derecha). La primera función que decide el programa en este caso es una de tipo lineal, la que no se ajusta adecuadamente a la distribución de puntos.
Pero dado que observamos que existe una tendencia de los puntos hacia el origen del sistema, con un desarrollo de sill hacia la derecha, modelizamos a un variograma esférico (el ejemplo no es “perfecto”, pero …), y ahí empezamos detectar la fuerte anisotropía del sistema (ver elipse y su orientación: direccionalidad de los datos).
En este caso, vemos que los datos muestran una tendencia hacia el origen (X = 0; Y = 0), por lo cual descartamos la presencia del efecto pepita (nugget ). Dado que los datos crecen hasta un determinado punto (alcance = 11.6) y a partir de ahí no existe un claro incremento, podemos modelizar el variograma al tipo esférico, y determinar la anisotropía del sistema. Con el modelo, el grado de anisotropía (anisotropy ratio = 2), y la dirección de la misma (32.51º →N57.49º), podemos pasar a los cálculos de kriging puntual introduciendo estos datos en el programa:
En la ventana de kriging, seleccionamos opciones avanzadas (izquierda), y una vez en estas, seleccionamos desde pantalla el variograma modelizado.
El resultado final que se obtiene es un mapa de interpolación donde nuestros valores Z, se ajustan a los parámetros introducidos:
Mapa obtenido para el conjunto de datos 2, con los siguientes parámetros: modelo de variograma: esférico; anisotropy ratio: 2; dirección N57.49º (32.51º).
Lo importante es que ahora podemos estimar el valor de Z en cualquiera de los nodos de la red:
Archivo GRD donde podemos estimar el valor de Z en cualquiera de los nodos generados por el programa. Por ejemplo, el punto rojo arriba a la izquierda tiene un valor estimado de 0.139.
Bibliografía Annels, A.E. 1991. Mineral deposit evaluation: a practical approach. Chapman & Hall, London, 435 pp. Clark, I. 1979. Practical geostatistics. Applied Science Publishers LTD, Essex, 12 9 pp. Clark, I. & Harper, W.V. 2001. Practical geostatistics 2000. Ecosse North America Llc., Columbus, 342 pp. McKinstry, H.E. 1970. Geología de minas. Omega S.A., Barcelona, 671 pp
Stone, J.G. & Dunn, P.G. 1993. Ore reserve estimates in the real world. So ciety of Economic Geologists, Special Publication no. 3, 150 pp.
Métodos de Explotación en Minería Subterránea R. Oyarzun
Aunque la elección y control de los métodos de explotación en minería no son responsabilidad del geólogo de minas, es conveniente que éste tenga al menos un cierto conocimiento sobre éstos. En minería subterránea todo se resume en una palabra inglesa "stoping", que podríamos traducir libremente como "hacer cámaras subterráneas". La minería subterránea presenta mayores costes de explotación que la de cielo abierto. A esto hay que sumarle las complicaciones asociadas a una menor capacidad de extracción del mineral económico (ver capítulo anterior) y mayores riesgos laborales. Se recurre a la explotación subterránea cuando la sobrecarga de estéril sobre la masa mineralizada es tal que su remoción hace inviable un proyecto minero. Digamos también, que bajo un punto de vista ambiental, la minería subterránea suele crear un impacto menor que una mina a cielo abierto No hay que entender la minería subterránea como algo de un pasado remoto, ya que yacimientos muy importantes en el mundo se explotan hoy en día a través de este procedimiento. Entre éstos podemos resaltar las minas de oro del Witwatersrand (Sudáfrica; las más profundas del mundo), El Teniente (Chile; la mina subterránea más grande del mundo), Olympic Dam (Australia; ver capítulos anteriores), y un ejemplo cercano, Neves Corvo en Portugal. En este capítulo usaremos una terminología clásica, de amplia utilización en distintos países ( ver términos en inglés escritos en cursiva). Estos términos fueron recogidos por el U.S. Bureau of Mines (USA), en 1936. Desde entonces ha cambiado el grado de mecanización de los trabajos, pero no la filosofía básica de éstos. Antes de entrar en los métodos propiamente tales, revisaremos algunos términos básicos en minería subterránea: •
Si la explotación se va a realizar a cotas inferiores del terreno base, entonces el acceso a las labores se realizará por un pozo ( shaft ) o una rampa (decline spiral , decline). Los pozos cumplen diversas funciones, entre otras permitir el acceso y salida del personal de mina, la ventilación de las labores mediante inyección de aire desde la superficie, y por supuesto, el transporte del material extraído a la superficie. Las rampas por su parte han ido ganando adeptos con gran velocidad en
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la minería moderna. Estas permiten el acceso directo a la mina de material rodado, lo que facilita las labores de transporte de mineral. Dentro de la mina tenemos las galerías, que pueden ser en dirección (de la masa mineralizada; drifts) o perpendiculares a ésta, esto es, transversales (cross-cuts).
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La conexión entre los distintos niveles de una mina se realiza por pozos inclinados (raise, hacia arriba; winze, hacia abajo), que sirven para el trasvase de mineral y movimiento del personal.
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Tendremos niveles de producción, y por debajo de éstos, de transporte de mineral.
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Entre los equipos más comunes están los minadores (miners), las perforadoras tipo Jumbo, los equipos de transporte tipo LHD (load-haul-dump: carga-transportedescarga), etc.
Distintos elementos constitutivos de una mina subterránea.
Distintos elementos constitutivos de una mina subterránea (detalle).
Equipo LHD en operación en una mina subterránea.
Entre los métodos más comunes de explotación (existen variantes de los mismos) están los siguientes: 1) Cámaras naturalmente (auto) sostenidas: • •
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Cámaras abiertas (open stoping ). Hundimiento por subniveles ( sublevel stoping ). Longhole stoping . Cámaras con soporte de pilares (room and pillar ).
2) Cámaras artificialmente sostenidas.
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Laboreo con almacenamiento de zafras ( shrinkage stoping ). Zafra: escombro de una mina o cantera (del árabe: sajra = piedra). Laboreo por cámaras con relleno (cut and fill ).
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Laboreo con entibación (fortificación) cuadrada ( square-set stoping ).
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3) Hundimiento (caved stopes).
• •
Hundimiento de bloques (block caving ). Pisos de hundimiento ( sublevel caving ).
El hundimiento por subniveles ( sublevel stoping ) es el método indicado para cuerpos mineralizados con fuerte buzamiento (normalmente filones). El ancho de galería puede o no coincidir con el del cuerpo mineralizado. El disparo (pega) se prepara mediante perforaciones verticales en malla.
Hundimiento por subniveles (sublevel stoping ). La última voladura de roca se realizó en el subnivel superior. La próxima será en el inferior. Note el diagrama radial de disparo.
La mejora en los sistemas de perforación permitió alcanzar distancias cada vez mayores (30 o más metros), lo que a su vez posibilitó la implementación del método longhole stoping , para cuerpos mineralizados de gran potencia y fuerte buzamiento. Este método permite generar cámaras de hasta 50 m de altura (más que la altura de la Facultad de Ciencias Geológicas: UCM). A diferencia del método de hundimiento por subniveles, aquí se saca
una tajada completa del cuerpo a la vez. El disparo se realiza perforando desde varios subniveles, en abanico o en diagrama radial.
Longhole stoping . Note el diagrama de disparo en abanico desde dos galerías.
El método de cámaras y pilares (room and pillar ) se utiliza en cuerpos horizontales o con poco buzamiento (mantos). Se dejan pilares de roca para sostener el techo de la cámara. Estos pueden disponerse de una manera regular (room and pillar s.s.) o irregular (casual pillars, o room and pillar s.l.).
Método de cámaras y pilares (room and pillar ). En este caso los pilares siguen un espaciado regular.
El método de almacenamiento de zafras ( shrinkage stoping ) se utiliza en cuerpos con fuerte buzamiento (filones), que presentan un encajante que necesita soporte. A medida que avanza el stoping hacia arriba se va sacando material por debajo.
Almacenamiento de zafras (shrinkage stoping ). A medida que se avanza hacia arriba, se va extrayendo el mineral arrancado por abajo.
Por su parte el método de cámaras con relleno (cut and fill ) opera con un sistema similar al de almacenamiento de zafras, con la diferencia substancial que el relleno no se realiza con el mismo mineral arrancado, sino con materiales que son traídos desde afuera, por ejemplo, limos o arenas. También pueden utilizarse a estos efectos los estériles de la planta de flotación, lo cual tiene innumerables ventajas ambientales. El método de entibación cuadrada ( square set stoping ) es muy laborioso y hoy en día prácticamente no se emplea. Es similar al proceso de cámaras con relleno, pero además utiliza un esqueleto (entramado) de cuadros rectangulares.
Cámaras con relleno (cut and fill ). A diferencia del método anterior, el relleno se realiza aquí con materiales traídos desde afuera de la mina.
El método de hundimiento de bloques (block caving ) resulta ideal en cuerpos irregulares de grandes dimensiones como son los yacimientos tipo pórfido cuprífero. El requisito técnico es que la roca a hundir sea fácilmente fragmentable. Existen tres niveles principales: de hundimiento, de troceo ( grizzlies) y de transporte.
Hundimiento de bloques (block caving ) (sección).
Hundimiento de bloques (block caving ), diagrama 3D. Cada bloque puede tener dimensiones en el orden de 20 a 50 m de lado en la base y más de 80 en la vertical.
Zona de colapso en superficie (mina de cobre El Teniente, Chile), provocada por el hundimiento de bloques en profundidad.
Finalmente, el método de hundimiento por pisos ( sublevel caving ) es utilizado cuando la roca no es fácilmente fragmentable. En cierta manera recuerda al método de sublevel stoping con la salvedad de que las paredes son el mismo cuerpo mineralizado, y éstas se hacen colapsar.
Pisos de hundimiento (sublevel caving ), esquema general.
Bibliografía Peters, W.C. 1978. Exploration and mining geology. John Wiley & Sons, NY, 696 pp. Rossi, G. 1990. Biohydrometallurgy. McGraw-Hill, NY, 609 pp. Thomas, L.J. 1979. An introduction to mining. Methuen, Sidney, 471 pp.
Labores del Geólogo en una Mina R. Oyarzun
Aspectos generales
El papel del geólogo en una mina fue variando significativamente durante el siglo XX. En los primeros tiempos, la labor geológica en una mina (si es que se realizaba alguna) era llevada a cabo por un ingeniero de minas, con mayores o menores conocimientos sobre el tema. En la década de 1920, el contenido en oro del yacimiento de Homestake (USA) decrecía y pareció que se iba a agotar el filón. Dos ingenieros de la plantilla encargados de analizar el futuro de la mina observaron que a niveles por debajo de los 375 m, las dimensiones de los filones disminuían rápidamente, concluyendo que éstos terminarían en roca estéril a los 600 m, en otras palabras, Homestake se agotaba. El presidente de la compañía (Edward Clark) no daba crédito a los informes pesimistas, aunque era evidente que la producción estaba disminuyendo. Contrariamente a las costumbres de la época tomó la decisión de pedir un segundo informe a otro experto, un geólogo de minas perteneciente a una institución académica. El geólogo elegido era Donald D. McLaughlin, profesor de la Universidad de Harvard, quien antes de dedicarse a la enseñanza, había consagrado varios años a trazar mapas de las zonas ricas en cobre de los Andes peruanos. McLaughlin pasó el verano de 1926 estudiando la roca que afloraba en las laderas y el interior de Homestake. Lo que vio le llevó a una conclusión diametralmente opuesta a las pesimistas predicciones anteriores: lejos de agotarse, el filón era rico y extenso. Lo que había engañado a los ingenieros de Homestake era la peculiar forma del filón. McLaughlin determinó que el filón había sido originalmente una masa ininterrumpida, que posteriormente había sido atravesada por diques estériles, que encerraban bolsas de mineral. Desde el principio los mineros habían volado y transportado a superficie la roca estéril junto con la masa filoniana aurífera, procedimiento largo y costoso. El excelente mapa que McLaughlin dibujó de la geología de la mina, permitía predecir el curso del filón por las zonas aun no explotadas. Trazó luego los planos de las nuevas galerías, de manera que siguieran el filón, evitando las zonas de roca estéril. A muchos empleados de Homestake les hizo poca gracia que un geólogo de Harvard les viniera a decir que estaban haciendo mal su trabajo, y a McLaughlin le resultó difícil convencerles. Pero cuando se adoptó el plan de explotación selectiva, el valor de cada tonelada subió a más del doble. Fue así, en gran medida, que los métodos de la geología de minas, tal como los sentó McLaughlin en Homestake, se fueron haciendo imprescindibles en las minas de todo el mundo . Hoy en día, cualquier compañía medianamente importante dispone de un departamento de geología, sección también conocida en otros países como superintendencia de geología. Un departamento de geología puede llegar a tener hasta más de 10 geólogos, que cumplirán distintas tareas en la mina:
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Cartografía. Testificación de sondeos.
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Estimación de reservas.
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Estudios geotécnicos.
•
Estudios mineralógico-texturales.
•
Cabe destacar que esta situación se ha modificado ligeramente en la última década, a través de la utilización de empresas contratistas que proporcionan geólogos a las compañías para realizar labores específicas requeridas por éstas. El departamento de geología deberá tener un diálogo fluido y permanente con algunos departamentos de ingeniería (explotación, metalurgia). Esto es vital, ya que el ingeniero debe conocer de la manera más precisa posible el sector de la mina que se va a explotar, empezando por las características geotécnicas de la roca (recordar problemas de dilución). En lo que se refiere a la parte metalúrgica la labor del geólogo es doble. Por una parte debe indicar de manera exacta las leyes del mineral que entrará en la planta de tratamiento, y por otra las características mineralógicas y texturales de la mena y la ganga. En un caso ideal (y casi utópico)estas características no variarán de un punto a otro en la mina. Sin embargo lo normal es que la abundancia relativa de los minerales varíe, lo cual puede tener repercusiones enormes. Supongamos a manera de ejemplo que la ley de cobre en una mina no varía substancialmente en profundidad, pero que la mena principal pasa de calcopirita a enargita. Este último mineral contiene arsénico, lo cual significa que habrá repercusiones técnicas y ambientales. En otras palabras habrá que adaptar la metodología extractiva. Por otra parte, el tipo y grado de molienda tendrá que adaptarse a las variaciones del grado de liberación de la mena. O qué decir de las explotaciones auríferas que operan con el método de lixiviación en pila. El que la mena de oro sea rica o no en sulfuros tiene grandes implicaciones ya que el principal reactivo empleado (cianuro: CN- ) tiende prioritariamente a formar compuestos con el azufre (tiocianato). En cualquier caso en este capítulo nos centraremos más en los aspectos de cartografía de minas.
Mapas geológicos en explotaciones mineras El geólogo de interior mina tiene que estar dispuesto a trabajar en un ambiente básicamente hostil pero extraordinariamente interesante. La visibilidad es escasa y el grado de ventilación varía mucho de un sector a otro de la mina, y también de una mina a otra. Esto significa que en los niveles más profundos la temperatura y la humedad pueden ser elevadas. El nivel de ruido cerca de los frentes de explotación es alto. Pero por otra parte, la posibilidad de cartografiar en una dimensión casi 3D es única: es literalmente cartografiar las unidades "desde adentro".
Elementos de seguridad básicos para trabajar en interior mina: casco, lámpara, máscara para polvo, chaleco reflectante.
Parte frontal de un equipo LHD, mina 21 de Mayo (distrito minero de Talcuna, Chile). Ejemplo de "visibilidad" en interior mina.
En primer plano, geólogo de la mina Coca-Cola (distrito minero de Talcuna, Chile). Atrás, diagrama de disparo (marcado en blanco) en uno de los frentes de trabajo.
La escala de trabajo es de detalle, normalmente 1: 500, y se trabaja sobre una cuadrícula de coordenadas N y E previamente establecida, muy parecida a lo que es un mapa con coordenadas UTM. Normalmente las galerías estarán ya trazadas en la cuadrícula que lleva el geólogo en su carpeta de trabajo (normalmente rígida y metálica). Si esto no es así (minas antiguas, abandonadas), el problema se resuelve fácilmente realizando un levantamiento de interior mediante brújula y cinta. El geólogo suele contar con un ayudante (minero con ciertos conocimientos sobre el tema), que colaborará en la toma y etiquetado de muestras, y en la determinación de las distancias (a partir de una estación de control) a las que el geólogo va realizando sus mediciones y toma de notas. Debido a las operaciones de voladura de roca, las paredes y el techo de las galerías suelen estar cubiertos de polvo. Este deberá ser previamente removido mediante riego para facilitar la labor del geólogo. Lo primero que hay que definir es el nivel de cartografía, es decir, la altura sobre el piso de la galería a la que se va a representar el mapa de planta. Esta altura definirá un plano waist-high -high proyect proyection ion plane). horizontal teórico que intersecta las paredes de la galería (waist Esta altura es estándar para toda la mina, y suele "aproximadamente coincidir" con la altura de la cintura del geólogo (bueno ... aproximadamente ...), por lo que en algunos países se denomina "cartografiar a la altura de la cintura".
Ejemplo de "cartografiar a la altura de la cintura". Note el plano teórico marcado por la línea de segmento de color rojo. A la derecha puede observar la representación del plano de falla y buzamiento de los estratos en el mapa de planta.
Otro ejemplo, con una geología esta vez más compleja (ver siguiente figura).
Representación de la geología que se observa en la representación 3D anterior al mapa de planta.
Supongamos que las paredes están limpias y que con el ayudante hemos dispuesto la cinta métrica a lo largo de unos 20 m sobre el suelo de la galería (a partir de un punto conocido, "amarrable" a la cuadrícula). Qué hacemos a continuación ? cartografiar de acuerdo a criterios predefinidos y con una simbología estándar los siguientes rasgos geológicos: • •
Litología. Estructura (fallas, diaclasas).
•
Estilo de la mineralización; morfología, si es filoniana dibujaremos el filón, si es diseminada utilizaremos una simbología ad hoc; mineralogía de mana y ganga.
•
Alteración hidrotermal del encajante.
Otro aspecto a considerar con respecto al mapa es qué se dibuja dentro del trazado de la galería en el mapa y qué va afuera. Esto depende del estilo de la compañía. En algunas minas se dibuja todo, tanto adentro como afuera del trazado de la galería. En otras, sólo los rasgos más importantes de la mineralización (por ejemplo, estructura y potencia de un filón) se dibujan adentro. Los datos que van afuera se proyectan sólo hasta unos pocos metros de distancia.
Ejemplo de mapa simple en el que se han proyectado solo algunos rasgos estructurales principales y la masa filoniana (en obscuro).
Si tenemos ya cartografiadas varias galerías paralelas, podremos en el gabinete trazar un mapa más completo (por ejemplo, de un nivel de la mina), uniendo por interpolación los rasgos geológicos de cada galería. Si disponemos de datos de varios niveles de la mina podremos levantar secciones geológicas. En el caso de las minas a cielo abierto, las condiciones de trabajo son más agradables (aunque recuerde que estará a la intemperie) y la visibilidad total. Por otra parte, al disponer de varios bancos de trabajo en la mina se podrá obtener una visión "semi-3D" de la geología. Un aspecto a destacar es que sólo se cartografían los frentes (las paredes semiverticales) de los bancos de la mina. La razón no es sólo convencional sino que práctica. Debido al intenso tráfico rodado (grandes camiones, cargadores frontales, palas mecánicas) sólo los frentes están limpios como para apreciar adecuadamente los rasgos geológicos.
Bancos de explotación en la mina La Escondida (Chile). Observe el plano de falla.
Ejemplo de cartografía en una mina a cielo abierto. Note que solo los frentes de los bancos (bench) son cartografiados; a partir de ahí el trazado se realiza con línea de segmento (contacto inferido).
Pala mecánica y camiones, al fondo, frente de un banco. Mina El Romeral (Chile). Viendo esta imagen se entiende porqué se cartografía solamente el frente de un banco.
Sondeadoras para preparación de voladura de bancos. Los cuttings obtenidos durante la perforación para la inserción de los explosivos permiten obtener una última valoración de las leyes. Mina El Romeral (Chile).
Otras labores del geólogo en una mina Aunque las labores de estimación de reservas (cubicación) han sido tratadas en un capítulo anterior, es importante señalar aquí que ésta es una labor constante en una mina. No debemos confundir los sondeos iniciales sobre un yacimiento, que se utilizan para los estudios de factibilidad económica del depósito, con los que se realizan en el día a día en una mina. Estos últimos proporcionan una visión de detalle para estimar los tonelajes de zonas concretas del depósito (en el caso de un pórfido cuprífero: bloques a explotar). Otra metodología clásica utilizada con similares fines es la realización de rozas de sección continua (channel sampling ; también tratado en un capítulo anterior), que combinada con los datos de sondeos (DDH o DTH), constituye una información inestimable para la cubicación del yacimiento. Finalmente, recordemos aquí los trabajos mineralógico-texturales y geotécnicos que tienen que llevarse a cabo sobre una base diaria, semanal, o mensual.
Pequeñas minas Hasta aquí hemos tratado el tema de las grandes compañías mineras, pero qué pasa con las pequeñas ? Muchas compañías no pueden darse el lujo de contar con un geólogo en la plantilla, por lo que deberán cada cierto tiempo llamar a un consultor para que resuelva problemas puntuales. A veces este geólogo consultor puede actuar de "médico" para todo un distrito minero, con diez o veinte minas activas.
Bibliografía
Kesler, S.E. 1994. Mineral resources, economics, and the environment. MacMillan College Publishing Co., NY, 391 pp. Marjoribanks, R. 1997. Geological methods in mineral exploration and mining. Chapman & Hall, London, 115 pp. Peters, W.C. 1978. Exploration and mining geology. John Wiley & Sons, NY, 696 pp. St. John, J. 1988. Los metales nobles. Editorial Planeta, Madrid, 175 pp.
Evaluación de Impacto Ambiental (EIA) en Minería R. Oyarzun & P. Higueras
Introducción En este capítulo nos centraremos en lo que se denomina Evaluación de Impacto Ambiental (EIA), un concepto amplio que analiza a través de parámetros cuantitativos y cualitativos el estado del medioambiente antes, durante, y después de la actividad minera propuesta. No solo la minería, sino que cualquiera actividad económica que implique una "intrusión" en el medioambiente requiere de una EIA para su aprobación por las autoridades pertinentes. Es importante resaltar el concepto temporal-continuo que posee la EIA: estado del medioambiente "antes", "durante", y "después" de la actividad industrial. Esto significa en términos prácticos, que los proponentes de la actividad deberán predecir los cambios que se producirán en el medio, y sugerir medidas correctoras que impidan o mitiguen en lo posible los inherentes trastornos que serán causados, incluyendo un plan que permita restaurar (lo más cercanamente posible) el medio físico y biológico a su estado original. Prácticamente cada país (y en ocasiones las subdivisiones políticoadministrativas de éstos: Estado, Comunidad Autónoma, Provincia, Departamento) posee su propia legislación medioambiental, razón por la cual en este capítulo ofreceremos una versión general sobre el tema, tratándose en una sección aparte el caso de la legislación española. Para que podamos seguir adecuadamente el orden de este capítulo debemos aclarar lo siguiente:
•
En la minería moderna, la recopilación de datos ambientales debe comenzar tan pronto como en la etapa de exploración. Una vez que un depósito mineral ha sido descubierto como resultado de la campaña de exploración, se pasa a la EIA propiamente dicha.
•
En la EIA tenemos que distinguir tres apartados.
•
•
•
•
•
Un primer apartado que consiste en la investigación de Línea Base (baseline ), es decir, una "auditoría" del "estado del medioambiente", antes de que empiece la actividad minera. Un segundo apartado correspondiente a la descripción y análisis de los potenciales impactos ambientales derivados del proyecto minero (análisis predictivo). La tercera consiste en un plan de rehabilitación y uso final del terreno. La EIA tiene que estar completada antes de que empiecen las labores mineras Este será el requisito fundamental para solicitar el permiso de explotación del recurso mineral a las autoridades pertinentes.
Notas generales sobre un proyecto minero y definición de Línea Base Los proyectos mineros son diferentes a los del resto de las actividades industriales en dos aspectos principales: •
•
La localización de una mina viene predeterminada por la localización del recurso mineral explotable. Podemos construir una fábrica en el mejor sitio posible bajo el punto de vista ambiental, sin embargo una mina tiene una sola localización posible: encima de la masa mineral. Esto es lo que se denomina "valor localizado" de un recurso mineral. El comienzo de la actividad minera viene precedido por un largo proceso de exploración regional y evaluación local. Este proceso puede tardar entre 10 y 15 años.
En la actualidad una compañía minera con serias intenciones de establecerse en una región y desarrollar actividades mineras, deberá empezar a recabar datos ambientales durante la fase de exploración. Si la campaña de exploración ha dado sus frutos (localización de un cuerpo mineralizado económico), la compañía minera deberá a empezar la investigación de línea base. La línea base permite desarrollar un marco de referencia para poder controlar adecuadamente los cambios medioambientales generados durante y después de la actividad minera. Para ello, claro está, la investigación de línea base tiene que ser realizada "antes" que la actividad en cuestión haya afectado significativamente el medioambiente. Dicho en palabras simples: la línea base nos permite conocer cual es la situación ambiental de una
determinada zona o región "antes" de que la actividad industrial (minería en nuestro caso) introduzca modificaciones en el medioambiente.
Aspectos a considerar en una investigación de línea base Los aspectos a considerar en una investigación de línea base son diversos y en algunos casos complejos. La importancia de unos y otros variará en función de las características del proyecto minero y el medio donde se desarrollará. Por ejemplo no será lo mismo desarrollar un proyecto minero en una árida y remota región (e.g., Desierto de Atacama; Chile) que hacerlo en un entorno lleno de bosques, lagos, y vida en general (e.g., Columbia británica; Canadá). De cualquier manera, aun las regiones más áridas del planeta albergan vida, y en algunos casos pueden constituir ecosistemas únicos. El que un geólogo o un ingeniero no sean capaces de reconocer dichos hábitats no significa que no existan, de ahí que resulte vital contar con otros profesionales, por ejemplo, botánicos, zoólogos, para la realización de la EIA. En términos generales, los siguientes son los parámetros que deberá cubrir la investigación de línea base: •
•
•
Paisaje; en términos de importancia relativa, por ejemplo, zonas
de reconocida belleza, tengan o no la categoría de reserva, parque nacional o regional. En estos últimos casos resulta obvio que la zona tendrá un nivel de protección a través de la legislación vigente que prohibirá o restringirá las actividades mineras. Hábitat; entendiendo este término como "territorio que presenta unas condiciones ambientales determinadas y que está habitado por un conjunto de seres vivos para los que tales condiciones son las adecuadas". Suelos; se deberá contar con una adecuada caracterización de
éstos, que permita prever los problemas que puedan derivarse de la infiltración de efluentes mineros (e.g., drenaje ácido, soluciones cianuradas). Recordemos que no todos los suelos responden de igual manera a la infiltración de contaminantes. •
Flora; aquí debemos disponer de un catálogo florístico (listado de
plantas), poniendo especial énfasis en aquellas plantas que reciben una especial protección por estar en peligro de extinción. •
Fauna; tratamiento del tema equivalente al de la flora.
•
Geoquímica de la zona ; deberemos conocer las características
químicas del medio, poniendo especial énfasis en los suelos. •
Rocas; la investigación geológica previa generará sin duda
abundantes mapas, sin embargo en este apartado deberemos prestar especial atención a la fracturación (fallas redes de diaclasas), con vistas a evaluar las posibles infiltraciones de soluciones. •
Aguas de superficie y subterráneas ; aquí hay que determinar
una serie de parámetros:
Extensión y morfología de cuenca de drenaje (área de la cual una corriente y sus tributarios reciben agua). Las características químicas de los cursos de superficie y lagos. Las características químicas de las aguas subterráneas. Las variaciones estacionales del nivel freático. La productividad de los pozos de agua. •
•
Usos del suelo; agricultura, ganadería, usos recreacionales,
cercanía a núcleos urbanos, etc. Ciencia y cultura; zonas de interés geológico, paleontológico, arqueológico, antropológico.
Descripción y análisis de los impactos ambientales potenciales y medidas correctoras Por definición todo proyecto minero causará un severo impacto en una zona. Una vez completada la línea base, la EIA debe incluir un listado de los impactos ambientales que podría generar el proyecto minero, y por supuesto, deberá incluir además un listado de las medidas correctoras que se adoptarán: •
Impacto visual; a menudo la visión de una mina y sus
instalaciones es el único contacto que tiene la gente con la actividad minera (por ejemplo, desde una carretera). Así el informe de EIA deberá dejar claro cual será la extensión de dicho impacto y las medidas correctoras que se adoptarán.
•
Manejo de las aguas ; otro de los puntos esenciales del informe,
deberá contemplar los siguientes aspectos:
Control de escorrentías y procesos erosivos. Capacidad de almacenamiento de agua para las actividades de mina y planta de tratamiento de minerales. Minimización del impacto causado por la extracción de aguas subterráneas. Prevención de fenómenos de contaminación de las aguas subterráneas y superficiales. •
•
Flora y fauna ; por definición las actividades mineras impactarán
negativamente en la flora y fauna. Aun si la actividad minera es subterránea (menor impacto que la minería a cielo abierto), ésta afectará a la fauna debido a la presencia humana, maquinaria, movimiento de vehículos, o ruido. El informe deberá evaluar dichos impactos y explicar las medidas correctoras. Ruido; el ruido puede ser importante si las operaciones mineras se desarrollan cerca de núcleos urbanos. Aun si éstos no existen, el ruido afectará a la fauna (ver punto anterior). En áreas urbanas la EPA (Environmental Protection Agency ) de Australia recomienda los siguientes valores: Durante el día: 45 dB Durante el anochecer: 37 dB Durante la noche: 32 dB
•
•
Vibraciones - estabilidad del terreno ; si la actividad minera se
desarrolla cerca de centros urbanos, la voladura de rocas puede inducir vibraciones inaceptables en éstos. A este problema debemos agregar el de las ondas de choque generadas por las explosiones. El informe de EIA deberá entregar datos predictivos de dichos impactos. Otro factor a considerar, esta vez en relación a la minería subterránea, es la subsidencia del terreno debido al desarrollo galerías y cámaras de extracción. Polvo y otras emisiones a la atmósfera ; el polvo puede ser un problema serio en regiones áridas y semi áridas si existen centros urbanos en las cercanía de la explotación minera. Aun si la zona no está habitada el polvo afectará a la vegetación. Si las hojas se recubren de polvo disminuye la capacidad de fotosíntesis de la planta. Por otra parte, la obstrucción de los estomas (poros en las
hojas) impedirá la absorción de CO2. Este impacto puede ser corregido mediante el regado de la mina (en el caso de una explotación a cielo abierto) y de las pistas por las que circulan los camiones y otros vehículos. Además los molinos deberán ser localizados en naves construidas a tales efectos. Otras emisiones relacionadas con la actividad minera incluyen las generadas por la combustión de los motores de los vehículos y maquinaria minera, y muy importantemente, las producidas por las fundiciones. Recordemos que el fundido de sulfuros produce emisiones de dióxido de azufre, arsénico, y otros compuestos en fase gaseosa a la atmósfera. Medidas correctoras incluyen el tratamiento de los gases. En el caso del dióxido de azufre, éste puede transformarse para la producción de ácido sulfúrico. •
Tráfico; el movimiento de camiones y otros vehículos causa
trastornos en la comunidades locales, generando ruidos, perdida de seguridad vial, y problemas con el mantenimiento de las carreteras. El informe deberá incluir los siguientes puntos: Tipo y volumen de tráfico antes de la actividad minera. Identificación de las rutas a utilizar y tipo de vehículos que circularán por ellas. Evaluación del impacto ocasionado por el aumento de tráfico rodado. Proyecto de mantenimiento de las rutas. •
Manejo de productos químicos, hidrocarburos, y explosivos; las actividades mineras utilizan una amplia gama de
•
este tipo de productos. El informe deberá incluir un listado de éstos y cumplir con la ley de manejo de substancias peligrosas. Además deberá dejar claro como se almacenarán dichas substancias. Manejo de riesgos ; a pesar de todas las precauciones que se puedan tomar, siempre existirá la posibilidad de accidentes (e.g., vertido incontrolado a un río). El informe deberá incluir un listado de aquellos riesgos y detallar los planes de contingencia para tratar con los mismo si ocurriera un accidente.
•
Manejo
por definición las actividades mineras generan un una gran cantidad de desechos químicos provenientes de las plantas de tratamiento, pilas de lixiviación, escombreras de estériles, etc. El informe deberá explicitar los siguientes aspectos: de
materiales
de
desecho;
Las características químicas de los desechos, concentraciones estimadas de los compuestos tóxicos, y el potencial de éstos para generar soluciones ácidas. Una estimación del volumen de desechos, y una demostración de que la compañía dispone de la capacidad física como para acumular éstos. El impacto en la fauna, por ejemplo, el envenenamiento de aves en las piscinas de soluciones ácidas o cianuradas, el esparcimiento de soluciones cianuradas por el viento más allá de los límites de las pilas de lixiviación. Un plan para el vertido controlado de otros desechos, por ejemplo, aguas de alcantarillas, desechos orgánicos, materiales de construcción, etc. •
Impacto social y económico; la actividad minera tiene un
carácter económico que puede incidir de manera importante en las comunidades locales. El informe deberá incluir los siguientes puntos: Una estimación del valor de la producción.
Empleo directo e indirecto, numero estimado de gente local que será empleada, impacto en la tasa de paro (desempleo) local. Movimiento de personas hacia las comunidades locales. Estimación de los dineros que se gastarán en las comunidades locales. Infraestructuras adicionales que serán requeridas, por ejemplo, carreteras, escuelas. Impacto en el estilo de vida de las comunidades locales. Impacto en las actividades locales de agricultura y/o ganadería. Una herramienta para prever los impactos potenciales lo constituye el método de las matrices, el que permite relacionar de una manera visual simple, las acciones de un proyecto minero con los componentes ambientales
Rehabilitación y uso final del terreno La rehabilitación es un aspecto integral de las operaciones mineras e incorpora dos elementos básicos: • •
El plan de uso final del terreno. El plan de rehabilitación progresiva.
Uso final del terreno : existe una diversidad de usos finales posibles
para un terreno que ha sido sujeto a actividades mineras. Estos incluyen:
•
Retorno a las condiciones iniciales: naturaleza pura o actividades agrícola-ganaderas, según haya sido el caso. Usos industriales.
•
Lagos o lagunas artificiales para uso recreativo.
•
Vertederos controlados.
•
En el primer caso existen dos variantes. Si la zona no presentaba actividades agrícolas, entonces el fin último será reconstruir el ecosistema original. En la segunda opción el terreno deberá quedar apto para sostener actividades agrícolas, no siendo necesario que éstas sean idénticas a las originales. En el caso de las actividades industriales la situación es más compleja, ya que dichas actividades deberán contar con su propia EIA. En el caso de vertederos o lagunas artificiales habrá que contar con las características hidrogeológicas del terreno, y además con unas características químicas que no vayan a inducir problemas de contaminación.
Plan de rehabilitación progresiva: éste deberá describir, por lo
menos de manera conceptual, los trabajos de rehabilitación que se llevarán a cabo durante la actividad minera, el cómo se realizarán, y la secuencia de los trabajos. Elementos de la actividad minera que deben ser considerados en el plan de rehabilitación progresiva son los siguientes: • •
Balsa de estériles. Escombreras de estériles y pilas de mineral tratadas.
•
Sectores de la mina que van siendo abandonados.
Y el plan deberá incluir los siguientes puntos: •
Revegetación, densidad de plantas. Diversidad de especies.
•
productividad de los terrenos agrícolas rehabilitados.
•
Angulo final de pendiente de los taludes de la mina y escombreras.
•
•
La química y los sólidos en suspensión de las aguas de escorrentía.
Minerales, Metales, Compuestos Químicos, y Seres Vivos: Una Difícil Pero Inevitable Convivencia R. Oyarzun & P. Higueras
Introducción No es nuestra intención realizar aquí sin más un recuento y una descripción de los "horrores" que pueden derivarse de la contaminación por metales pesados. Eso es fácil, pero no lleva a ninguna parte por una razón simple: no existen formas alternativas de mantener lo que llamamos "civilización" en el mundo occidental sin estos metales . Por otra parte, resulta ineludible tratar el problema por una razón elemental: porque éste existe. Como la actitud natural en el ser humano es casi siempre la de solucionar los problemas por eliminación de los mismos, proponemos aquí el siguiente ejercicio mental: pensemos por un instante que sería de nuestra vida cotidiana si eliminásemos la actividad minera. Entre muchos ejemplos (y sólo señalaremos los relacionados con los denominados metales pesados), los edificios se vendrían abajo (eliminamos el acero), no podríamos tener acceso a la electricidad (eliminamos los cables de cobre), los coches no se podrían fabricar (eliminamos el acero, el aluminio, el cobre), las baterías y pilas serían inviables (eliminamos el plomo, el níquel, el cadmio, el mercurio), los
aparatos electrodomésticos no existirían (eliminamos el acero, el cobre), y lo mismo vale para el material científico y médico. No cabe duda que la minería constituye un riesgo ambiental, pero no por esto, vamos a eliminarla sin más. Alternativamente, se puede trasladar la actividad minera a otros países, normalmente a los más pobres, pero esto, de alguna manera, implica grandes dosis de "hipocresía ambiental" . Existen soluciones para estos problemas ? sí, definitivamente las hay, porque hoy por hoy existe una tecnología que permite minimizar el riesgo ambiental derivado de la actividad minera. Existen legislaciones, y sobre todo, hoy en día, existe una genuina voluntad por parte de las grandes compañías mineras internacionales de "hacer las cosas bien" . Intentaremos en este capítulo estudiar el grado de "peligrosidad" de los metales liberados al medioambiente, y señalaremos algunas de las consecuencias (ambientales, salud humana) que se derivan de las diferentes interacciones. También insistiremos en algunos casos en el tema de especiación, ya que éste es un concepto clave para estimar la peligrosidad real de un determinado contaminante. Primero analizaremos el tema bajo una perspectiva amplia, para luego concentrar nuestros esfuerzos en cuatro elementos químicos concretos, que por su "bien ganada mala reputación" , merecen un tratamiento específico. Nos referimos al arsénico, plomo, mercurio, y cadmio. Finalmente queremos señalar que el enfoque de este capítulo estará centrado (aunque no exclusivamente) en las interacciones entre la actividad minera (minería propiamente dicha y metalurgia) y los sistemas acuáticos (fluviales, lacustres, estuarinos, y marinos). La razón es simple: 1) el medio acuoso es esencial para que los cationes puedan ser solubilizados; y 2) el medio acuático actúa como un "dispersante" natural de los contaminantes. Así, mientras en un sistema árido los contaminantes tienden a quedar retenidos "in situ", en regiones húmedas, éstos serán rápidamente incorporados a los suelos, para pasar por lavado total o diferencial a las aguas subterráneas, ríos, lagos, o mares, extendiendo así el problema.
Transferencia de la contaminación por metales pesados a partir de actividades mineras y metalúrgicas al medio acuático, en este caso un río y aguas subterráneas, si no se adoptan medidas correctoras.
Metales pesados Se habla mucho de los metales pesados, sin indicarse sin embargo, qué son, y específicamente, el cómo y por qué son peligrosos. Se denomina metales pesados a aquellos elementos químicos que poseen un peso atómico comprendido entre 63.55 (Cu) y 200.59 (Hg), y que presentan un peso específico superior a 4 (g cm -3). Cabe destacar que en esta categoría entran prácticamente todos los elementos metálicos de interés económico, por tanto, de interés minero. Lo que hace tóxicos a los metales pesados no son en general sus características esenciales, sino las concentraciones en las que pueden presentarse, y casi más importante aun, el tipo de especie que forman en un determinado medio. Cabe recordar que de hecho los seres vivos "necesitan" (en pequeñas concentraciones) a muchos de éstos elementos para funcionar adecuadamente. Ejemplos de metales requeridos por el organismo incluyen el cobalto, cobre, hierro, hierro, manganeso, molibdeno, vanadio, estroncio, y zinc. El caso del hierro es notable entre éstos, siendo vital para la formación de hemoglobina. Todos los metales pesados se encuentran presentes en los medios acuáticos (el agua químicamente pura no existe en la naturaleza),
aunque sus concentraciones (en ausencia de contaminación) son muy bajas. Los metales pesados se encuentran en estas aguas como coloides, partículas minerales (sólidos en suspensión), o fases disueltas (cationes o iones complejos). Las formas coloidales suelen dar lugar a la formación de hidróxidos, mientras que las partículas sólidas incluyen una gran variedad de minerales. Las fases disueltas pueden a su vez ser capturadas por adsorción o absorción en arcillas o hidróxidos. Adicionalmente, los compuestos orgánicos pueden constituir fases con gran capacidad de captura de cationes metálicos, que en ocasiones dan lugar a fases extremadamente tóxicas (p.ej., metilmercurio: CH 3Hg). A su vez la química del sistema acuoso regula las tasas de adsorciónabsorción en el sistema agua-sedimento. La adsorción remueve el metal de la columna de agua; la desorción lo incorpora nuevamente a ésta. Los parámetros que regulan el sistema son: la salinidad, el potencial redox (Eh), y el pH: •
•
•
Un incremento de la salinidad conlleva una competencia, entre metales pesados y metales grupos I y II, por los sitios de ligazón (p.ej., espaciado interlaminar en las arcillas), lo que se traduce en la expulsión de los metales pesados, y su devolución a la columna de agua. Un incremento del Eh genera la inestabilidad de los compuestos reducidos (p.ej., sulfuros), poniendo el metal en solución. Un decrecimiento del pH tiene dos efectos: 1) induce la disolución de compuestos metal-carbonato (p.ej., cerusita: PbCO 3); y 2) aumenta la solubilidad de los metales disueltos.
El decrecimiento del pH puede ligarse directamente a la serie de fenómenos físico-químicos que se derivan de la oxidación de especies sulfuradas (particularmente la pirita: FeS 2). La consecuencia directa es la formación del denominado drenaje ácido. El sistema se encuentra así fuertemente regulado por: 1) las cantidades iniciales de pirita en el yacimiento (de sulfuros o carbones piritosos) o la escombrera ( mineral dump); 2) por la presencia de bacterias oxidantes (p.ej., T. ferrooxidans ); y 3) los niveles de oxígeno.
Drenaje ácido de mina, producto de la lixiviación en condiciones oxidantes de pirita. Aparte del hierro el drenaje ácido puede transportar otros metales en solución.
Límites de toxicidad La Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos ha determinado una serie de límites para las concentraciones de metales pesados. Por encima de éstos los metales pueden causar graves trastornos en los eres vivos, y finalmente ocasionar la muerte. A continuación mostraremos dichos límites en distintos medios y las dosis máximas para la ingesta en los humanos. 1) Vida acuática en sistema de agua dulce (ríos lagos) : Metal
Dureza del agua (mg/l)
Límite máximo (μg/l)
As
50
Be
130 (+)
Cd
Cu
50
0.66 (*)
150
1.10 (*)
200
2.00 (*)
50
6.50 (*)
150
12.00 (*)
200
21.00 (*)
Hg Ni
Pb
Zn
0.012 (*) 50
56.00 (x)
150
96.00 (x)
200
160.00 (x)
50
1.30 (*)
150
3.20 (*)
200
7.70 (*)
50
180.00 (#)
150
320.00 (#)
200
570.00 (#)
+: concentración promedio por 1 hora; x: concentración promedio en 24 horas; *: concentración promedio en 4 días; #: niveles que no pueden excederse en ningún lapso de tiempo.
2) Vida acuática estuarina o en zonas de costas: Metal
Límite máximo (μg/l)
As
50
Cd
8 (*)
Cu
2.9 (+)
Hg
0.025 (*)
Ni
7.10 (x)
Pb
5.8 (*)
Zn
76.6 (*)
+: concentración promedio por 1 hora; x: concentración promedio en 24 horas; *: concentración promedio en 4 días.
3) Consumo por los seres humanos: As
0.05 mg/l (+)
Cd
10 μg/l (*)
Cr
0.05 mg/l (+)
Cu
1.0 μg/l (#)
Hg
144 ng/l (*)
Ni
632.0 μg/l (*)
Pb
50.0 μg/l (*) (adultos)
Zn
5.0 μg/l (*)
*: criterios para el agua; +: máximo nivel de contaminación; #: nivel que jamás debe ser superado.
Efectos ambientales Los organismos pueden verse severamente afectados por pequeñas concentraciones de elementos pesados (ver tablas anteriores). En el caso de los organismos acuáticos, puede que unos determinados valores no induzcan su muerte, sin embargo desarrollarán una serie de problemas fisiológicos y metabólicos (a estas dosis se les denomina subletales). Entre estos problemas podemos mencionar: • •
•
•
•
Cambios histológicos o morfológicos en los tejidos. Cambios en la fisiología como supresión del crecimiento y desarrollo, torpeza para nadar, etc. Cambios en la bioquímica del organismo, tales como en la actividad enzimática, y química de las sangre. Trastornos del comportamiento. Cambios en la reproducción.
Algunos organismos pueden regular las concentraciones de metales presentes en su tejidos. Por ejemplo, los peces y crustáceos pueden excretar metales esenciales para su metabolismo (p.ej., Cu, Zn, Fe), siempre y cuando éstos superen las dosis requeridas. Desgraciadamente otros metales (no esenciales) tales como el mercurio o el cadmio son excretados con mayor dificultad.
Las plantas acuáticas (algas) y los bivalvos (p.ej., mejillones, ostras) no son capaces de regular con éxito las concentraciones de metales pesados, y de ahí puede derivarse una serie de problemas. Así por ejemplo, el mercurio puede hacer decrecer dramáticamente la capacidad de fotosíntesis de un alga (p.ej., Macrocystes ). Los bivalvos por su parte acumulan los metales pesados, pudiendo pasar éstos directamente al ser humano por ingesta. De ahí que se deban tomar precauciones extremas para el consumo en zonas sujetas altos niveles de contaminación (zona de vertidos industriales, metalúrgicos, mineros). Las vías de incorporación de los metales pesados a los organismos acuáticos son las siguientes: •
•
•
•
Cationes metálicos libres que son absorbidos a través de los órganos respiratorios externos (agallas), los cuales pasan directamente a la sangre. Cationes metálicos libres que son adsorbidos por el cuerpo y luego pasivamente difundidos al torrente sanguíneo. Metales que son adquiridos durante la ingesta de organismos (otros peces, bivalvos, o algas) contaminados. En el caso de las algas, el proceso ocurre por absorción a través de las paredes celulares y difusión posterior.
Casos concretos A continuación nos centraremos en el estudio de los problemas ambientales y de salud humana relacionados con cuatros casos concretos: plomo, arsénico, mercurio, y cadmio. Cabe destacar que no analizaremos todas la fuentes de contaminación, sino que solamente aquellas relacionadas con la actividad minera. Plomo
El plomo se encuentra presente en un gran numero de minerales, siendo la forma más común el sulfuro de plomo (galena: PbS). También son comunes, aunque en orden decreciente, la cersusita (PbCO3) y l a anglesita (PbSO4). El plomo es un metal difícilmente movilizable, y bajo condiciones oxidantes la galena da origen a minerales tales como la cersusita y anglesita: PbS + CO2 + H2O + 2 O2 → PbCO3 + SO4-2 + 2 H+
2 PbS + 4 Fe3+ +3 O2 + 2 H2O → 2 PbSO4 + 4 Fe2+ + 4 H+ Así, el principal riesgo relacionado con la minería del plomo no radica en la posible puesta en solución de este metal (precipita rápidamente como carbonato o sulfato), sino en lo que concierne a los procesos metalúrgicos de las menas de plomo (fundiciones). Cabe destacar que el problema con el plomo no es nuevo (ni siquiera de comienzos de la revolución industrial). Estudios en Suecia revelan que por lo menos el 50 % de la contaminación en suelos del país fue depositada en períodos anteriores al año 1800. El particulado de plomo relacionado con problemas metalúrgicos constituye el problema principal, pero existen otras fuentes que entrañan también una peligrosidad extrema. En los años 90 se constató en la ciudad de Antofagasta (Chile) que había niños que presentaban altos contenidos de plomo en sangre. La fuente del problema pudo ser determinada, y eran minerales y concentrados de plomo que se acumulaban sin protección en las instalaciones portuarias (pertenecientes a Bolivia), para su posterior envío. Esto nos lleva a encaminar nuestra mirada no solo a las fundiciones, sino también a las zonas donde se acumulan minerales o concentrados de plomo. El particulado fino de plomo (10-100 μm) puede ser extremadamente peligroso por las siguientes razones: •
Se adhiere más fuertemente a la piel. Es más soluble que el particulado grueso en el tracto gastrointestinal.
•
Es fácilmente absorbible a través del sistema respiratorio.
•
El plomo es un metal carente de valor biológico, es decir, no es requerido para el funcionamiento normal de los seres vivos. Debido a su tamaño y carga, el plomo puede substituir al calcio (Pb 2+: 0.84 Å; Ca2+: 0.99 Å), y además de manera preferente, siendo su sitio de acumulación, los tejidos óseos. Esta situación es particularmente alarmante en los niños, que debido a su crecimiento incorporan altas cantidades de calcio. Altas dosis de calcio hacen que el plomo sea "removido" de los tejidos óseos, y que pase a incorporarse al torrente sanguíneo. Una vez ahí puede inducir nefrotoxicidad, neurotoxicidad, e hipertensión. Niveles de plomo en sangre de 0.48 μg/l pueden inducir en los niños: • •
Daño durante el desarrollo de los órganos del feto. Daño en el sistema nervioso central.
•
•
Reducción Reducción de las habilidades habilidades mentales mentales e iniciació iniciación n de desordenes del comportamiento. Daño en las funciones del calcio (anteriormente mencionado).
A su vez, niveles del orden de 1.2 μg/l pueden inducir:
•
Descenso del coeficiente intelectual (CI). Problemas de desarrollo cognitivo y del comportamiento. Déficits neurológicos que pueden persistir hasta la adolescencia.
•
Elevación de los umbrales auditivos.
•
•
Peso reducido en recién nacidos. Desarrollo cognitivo temprano anormal.
En adultos que trabajan en ambientes expuestos a la contaminación con plomo, el metal puede acumularse en los huesos, donde su vida media es superior a los 20 años. La osteoporosis, embarazo, o enfermedades crónicas pueden hacer que éste plomo se incorpore más rápidamente a la sangre. Los problemas relacionados con la sobreexposición al plomo en adultos incluyen: •
Daño en los riñones. Daño en el tracto gastrointestinal.
•
Daño en el sistema reproductor.
•
Daño en los órganos productores de sangre.
•
Daños neurológicos.
•
Abortos.
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Arsénico
El arsénico se encuentra presente en más de 200 especies minerales, siendo la arsenopirita (FeAsS), la enargita (Cu 3AsS4), y la tennantita (Cu12As4S13) las más comunes. es. Por razo azones no determinadas, as, la arsenopirita es muy común en los yacimientos minerales europeos (p.ej., sulfuros sulfuros masivos de la faja pirítica pirítica de España-Portu España-Portugal), gal), mientras mientras que la enargita lo es en los yacimientos de la cadena andina, donde constituye una mena principal de cobre (pórfidos cupríferos y epitermales de AuAg). La solubilización de las formas sulfuradas de arsénico no es fácil. Esto es claro en el caso de la arsenopirita, la que por ser en ocasiones portadora de inclusiones de oro, ha constituido un tema de numerosos
estu estudi dios os con con resu result ltad ados os poco poco clar claros os hast hasta a la fech fecha. a. La reac reacci ción ón fundamental en medio ácido es: 4 FeAsS + 13 O2 + 6 H2O → 4 H3AsO4 + 4 FeSO4 Si además hay pirita en la mena, entonces el sulfato férrico producido actuará de la siguiente manera, manera , coayudando a la oxidación-lixiviación del arsénico: 2 FeAsS + Fe2(SO4)3 → 2 H3AsO4 + 4 FeSO4 + H2SO4 El arsénico puede precipitar finalmente como FeAsO 4. Sin restarle importancia al problema de la solubilización de especies mine minera rale less arse arseni nica cale les, s, la prin princi cipa pall fuen fuente te de cont contam amin inac ació ión n est está relac relacio ionad nada, a, al igua iguall que que en el caso caso de plom plomo, o, con con el trat tratami amient ento o metalúrgico de los minerales de arsénico. En concreto, los procesos de fund fundic ició ión n de conc concen entr trad ados os de cobr cobre, e, que que incl incluy uyan an la pres presen enci cia a de mineral minerales es arseni arsenical cales es (p.ej. (p.ej.,, enargit enargita), a), pueden pueden dar lugar lugar a intenso intensoss problemas problemas de contaminaci contaminación ón por vía aérea (arsénico que escapa por las chimeneas), en la forma de As 2O3. El arsénico que así escapa se deposita lueg luego o en los los suel suelos os del del ento entorn rno o de la fund fundic ició ión. n. De Depe pend ndie iend ndo o del del volumen de las emisiones y el régimen de vientos, el problema puede extenderse por decenas de kilómetros y más. Un caso notable en este sentido eran por ejemplo las emisiones de la fundición de Chuquicamata (Chi (Chile le;; CODE CODELC LCO) O) (par (parte te de los los mine minera rale less de cobr cobre e trat tratad ados os son son arse arseni nica cale les) s),, con con valo valore ress de 2340 2340 tone tonela lada das/ s/añ año o en 1994 1994.. En la actualidad CODELCO (en todas sus divisiones) tiene que recuperar al menos menos una parte parte import important ante e del arséni arsénico co que potenc potencial ialment mente e sería sería emi emitido tido.. En Chuq Chuqui uica cama matta el pro proceso ceso se real realiz iza a en una una plan plantta hidrometalúrgica que recupera el cobre, y precipita el arsénico como arsenato férrico. A partir del 2003 las cifras de emisión no podrán exceder las 400 toneladas/año.
La fundición de cobre de Chuquicamata en 1984.
El arsénico en los suelos puede ser disuelto y adsorbido/absorbido por las las arci arcill llas as o la mate materi ria a orgá orgáni nica ca.. Much Muchos os de esto estoss proc proces esos os son son mediados por la materia orgánica la que puede producir transformaciones del tipo:
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Camb Cambio ioss de redo redox x que que indu induce cen n la tran transf sfor orma maci ción ón arse arseni nito to-arsenato. La reducción y metilación del arsénico.
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La biosíntesis de compuestos de arsénico.
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Las formas solubles del arsénico son fuertemente tóxicas. La ingestión de grandes dosis lleva a problemas gastrointestinales, cardiovasculares, disfunciones del aparato nervioso, y finalmente a la muerte. Recordemos que el arsénico ha sido uno de los venenos de largo plazo más utilizados en la hist histor oria ia de la human humanid idad, ad, sien siendo do Napol Napoleó eón n (el (el emper emperado adorr de Francia), la víctima más famosa. Dosis bajas pero sostenidas (p.ej., causas laborales) superiores a 0.75 mg m -3 por año (p.ej., 15 años con concentraciones de 50 μg m-3) pueden llevar al desarrollo de cánceres. La vida acuática y terrestre muestra una amplia gama de sensibilidades a las distintas especies arsenicales. En general las formas inorgánicas son más tóxicas que las orgánicas, y el arsenito más peligroso que el
arsenato. Los arsenitos pueden fijarse a las proteinas, mientras que el arsenato afecta a la fosforilización oxiditaviva (en relación con Ciclo de Krebs). Los organismos marinos contienen residuos arsenicales que van desde < 1 a 100 mg k -1, los cuales se encuentran como arsenoazúcares (en las algas) o arsenobetaina (en invertebrados y peces). Las plantas terrestres pueden acumular arsénico por captación a través de las raíces, o por adsorción de arsénico aerotransporatado, en las hojas.
Mercurio
La forma principal de mercurio en la naturaleza es el cinabrio (HgS), el que constituye la mena principal para la obtención de este metal. Otras formas minerales incluyen la corderoita (Hg3S2Cl2), la livingstonita (HgSb4S8), y formas supergénicas tales como el mercurio nativo (Hg 0), el calomelano (HgCl2), y la schuetteita (Hg 3(SO4)O2). El distrito minero de Almadén en España, el más importante del mundo en términos históricos y de producción, posee una mineralogía muy simple que incluye cinabrio como mena mercurial. El único mineral supergénico de mercurio reconocido en el distrito es la schuetteita, la que aparece como costras recubriendo rocas en las proximidades a escombreras de mineral (mineral dumps ). El mercurio posee una de las peores reputaciones entre los metales pesados. El incidente de la Bahía de Minamata (Japón, años 50s-60s) bastó para que este elemento infundiese alarma pública en todas las regiones del mundo donde podían haber fuentes de contaminación. Consideraciones económicas aparte, todas las investigaciones indican claramente que el mercurio puede constituir una amenaza para la salud humana y la vida silvestre. El riesgo viene determinado por los siguientes factores: • •
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El tipo de exposición al mercurio. La especie de mercurio presente (algunas son más tóxicas que otras). Los factores geoquímicos y ecológicos que influencian la forma de migración del mercurio en el medioambiente, y los cambios que puede sufrir durante dicha migración.
La principal fuente de contaminación con mercurio, en relación con la actividad minera, viene de los gases emitidos por las plantas de tratamiento de cinabrio. El mercurio gaseoso emitido por los hornos
(especialmente en los antiguos procesos de tratamiento), es depositado en los suelos que rodean a las instalaciones metalúrgicas como Hg 2+. Esto puede ocurrir por depositación directa de emisión de Hg 2+ o por conversión de vapores de Hg0 to Hg2+ (p.ej., 2 Hg0 = Hg22+ + 2e- E0 = +0.80), proceso este último mediado por el ozono. Una vez depositado el Hg2+ éste puede formar complejos con la materia orgánica de los suelos (ácido fúlvico y/o húmico). De todas las especies de mercurio conocidas, la más peligrosa es sin duda el metilmercurio (CH3Hg). Aunque la forma exacta en que se produce la metilación del mercurio se desconoce, se sabe que en el proceso intervienen bacterias que participan en el ciclo SO 42- - S2-. Estas bacterias, que por lo tanto contendrán metilmercurio, son consumidas por el peldaño superior de la cadena trófica, o bien lo excretarán. En este último caso el metilmercurio puede ser rápidamente adsorbido por el fitoplancton y de ahí pasar a los organismos superiores. Debido a que los animales acumulan metilmercurio más rápido de lo que pueden excretarlo, se produce un incremento sostenido de las concentraciones en la cadena trófica (biomagnificación). Así, aunque las concentraciones iniciales de metilmercurio en el agua sean bajas o muy bajas, los procesos biomagnificadores acaban por convertir el metilmercurio en una amenaza real para salud humana.
Procesos de metilación-demetilación del mercurio; vida acuática y la cadena trófica (USGS).
El metilmercurio daña al organismo de las siguientes maneras: • •
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Afecta al sistema inmunológico Altera los sistemas genéticos y enzimáticos Daña el sistema nervioso: coordinación, sentidos del tacto, gusto, y visión. Induce un desarrollo anormal de los embriones (efectos teratogénicos); los embriones son 5 a 10 veces más sensibles a los efectos del mercurio que un ser adulto.
El cinabrio, aunque es una forma relativamente estable de mercurio, puede también sufrir transformaciones que resultan en especiaciones indeseables. Así, en medio ácido y oxidante tenemos:
HgS → S0 + Hg2+ + 2e- (E0=+1.11) Esta reacción pone en solución al mercurio, el que puede así puede formar complejos con la materia orgánica (peligrosidad). No obstante, en un medio alcalino oxidante el mercurio precipitará como óxido: Hg + 2 OH- → HgO + H2O + 2elo que en principio parece una forma más o menos estable, mientras el sistema mantenga la alcalinidad y condiciones oxidantes.
Cadmio
Los minerales de cadmio, no se encuentran en concentraciones y cantidades suficientes como para justificar una actividad minera específica por el elemento. Entre los minerales de cadmio, la greenockita (CdS) es el más común. Este mineral se encuentra casi siempre asociado con la esfalerita (ZnS). De esta manera, el cadmio se recupera principalmente como un subproducto de la minería, fundición, y refinación del zinc, y en menor grado de la del plomo y cobre. En promedio se recuperan unos 3 kg de cadmio por tonelada de zinc. Debido a su toxicidad, el cadmio se encuentra sujeto a una de las legislaciones más severas en términos ambientales y de salud humana. En la vida acuática, el cadmio puede incorporarse a los peces a través de dos rutas principales: • •
Ingestión Introducción en las agallas.
El cadmio así adquirido se acumula en el hígado, riñones, y en el tracto gastrointestinal. Sus efectos son los siguientes: •
Problemas en las agallas y riñones. Pobre mineralización de los huesos.
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Anemia.
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Crecimiento retardado.
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Anormalidades del desarrollo y comportamiento.
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En el caso de los humanos, el cadmio se puede adquirir por dos vías: ingestión e inhalación. Sus efectos pueden ser divididos en dos categorías:
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Agudos : fiebre de vapores de metal ( metal fume fever ) causada
por una exposición severa; los síntomas son equivalentes a los de la gripe; en 24 horas se desarrolla generalmente un edema pulmonar agudo, el que alcanza su máximo en 3 días; si no sobreviene la muerte por afixia, el problema puede resolverse en una semana. Crónicos: la consecuencia más seria del envenenamiento por cadmio es el cáncer. Los efectos crónicos que primero se observan son daño en los riñones. Se piensa que el cadmio es también el causante de enfisemas pulmonares y enfermedaddes de los huesos (osteomalcia y osteoporosis). Los problemas óseos han sido observados en Japón (recordar tambien el problema con metilmercurio; Incidente Minamata), donde se les denominó como la enfermedad "itai-itai" (por consumo de arroz contaminado con cadmio; causa: irrigación). Otros problemas incluyen anemia, decoloración de los dientes, y pérdida del sentido del olfato (anosmia).
Fuentes de información Libros:
Krauskopf, K.B. & Bird, D.K. 1995. Introduction to Geochemistry. MacGraw-Hill, NY, 647 pp. Scheiner, B.J., Doyle, F.M. & Kawatra, S.K. (Eds.). 1989. Biotechnology in Minerals and Metal processing. Society of Mining Egineers Inc., Littleton (CO), 209 pp. Documentos web:
http://h2osparc.wq.ncsu.edu/info/wetlanda/wetloss.html http://www.who.int/pcs/ehc/summaries/ehc_224.html http://www.usgs.gov./themes/factsheet/146-00/ http://www.epa.nsw.gov.au/leadsafe/leadinf8.htm http://www.ucm.es/info/crismine/gossan/gossanapuntes2.htm http://www.science.macmaster.ca/Biology/4S03/HM1.HTM
