UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS UNIVERSIDAD DEL PERU DECANA DE AMERICA
Facultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas
Aspectos geológicos de la mina Toquepala Alumno: Alejo Vera Gonzalo Curso: Yacimientos minerales Profesor: Álvarez A. Ángel
Resumen Ejecutivo El yacimiento de Toquepala se encuentra localizado en una región de topografía accidentada, debido a innumerables quebradas profundas que en su recorrido desde la sierra hacia los desiertos de la costa, cortan transversalmente el flanco occidental de los andes sur-occidentales. El á rea de la mina se encuentra entre los 3,100 y 3,600 msnm, presentándose hacia el este, nevados con elevaciones que se aproximan a los 6,000 msnm. Geográficamente se encuentra a 17°13’ Latitud Sur y 70°36’ Longitud Oeste
Geológicamente, Toquepala constituye un yacimiento porfirítico de cobre molibdeno diseminado, donde la mineralización está subordinada a una chimenea de brecha y a un intrusivo de dacita, ambos genéticamente relacionados a la actividad intrusiva hidrotermal calco - alcalina datada de fines del Cretáceo superior - Terciario inferior. El yacimiento de Toquepala junto con Quellaveco y Cuajone pertenecen al metalotecto denominado "Sub Provincia Cuprífera del Pacífico" que ti ene dirección NW-SE en Perú y N-S en Chile. En el año 1956, aprovechando el desarrollo de nuevos métodos probados de minado y el empleo de equipos especializados para mover grandes volúmenes de roca/mineral a bajo costo, aunado a las técnicas de concentración y fundición a gran escala, se logró en 1960 el inicio de la explotación de la mina; así mismo la operación de Toquepala fue mejorada en 1962 con la puesta en marcha de la planta de concentrado de molibdeno y en 1995 con la puesta en operación de la planta de lixiviación de sulfuros, motivando a una reinterpretación de la información disponible a la fecha, por las opciones de expansión que genera.
Económicamente, Toquepala beneficia sulfuros de cobre como calcopirita, calcosita, bornita por concentración y lixiviación con un cutoff de 0.4% y 0.1% Cu respectivamente. Secundariamente beneficia molibdenita como un subproducto de la concentración del cobre. Las reservas de mineral explotables son 300 Mtc con 0.83% Cu y 0.07% Mo, adicionalmente 700 Mtc lixiviables dispuestos insitu en mina y en botaderos con 0.20% Cu en promedio. El yacimiento se trabaja a cielo abierto con un diámetro promedio de 1.9 km. y desarrollado en bancos de 15 m. desde el nivel 3600 hasta el 2900. Está parcialmente explorado hasta el nivel 2400. Toquepala ha removido a la fecha 1,840 millones de toneladas cortas (Mtc) de las cuales 558 Mtc fueron de mineral con ley de 1.03% Cu. Las reservas actuales son de 300 Mtc con 0.83% Cu y 0.07% Mo, además de 700 Mtc de mineral lixiviable dispuestos insitu en mina y en botaderos con 0.2% Cu. El cutoff para beneficio de mineral por el método de concentración es de 0.4% Cu. y por el método de lixiviación es de 0.1% Cu.
MINA TOQUEPALA – SOUTHERN PERU 1. Reseña Histórica de la exploración y desarrollo del yacimiento Toquepala
Siglo XVIII: Toquepala fue reconocido por los españoles en época de la colonia a fines de siglo como un yacimiento de baja ley. Siglo XIX: Toquepala fue descrita brevemente en la bibliografía geográfica como depósito de cobre. Aunque se dice que el famoso explorador y hombre de ciencia Antonio Raimondi visitó Toquepala en 1870, él no menciona este yacimiento en su “Catálogo Razonado de Minerales del Perú” publicado en Lima en 1878.
1908: El Ing. Velarde, menciona por primera vez el yacimiento cuprífero de Toquepala en sus estudios sobre “La minería en el Perú” publicado por el Boletín del Cuerpo de Ingenieros de Minas. 1917: Robert March Jr. Ingeniero experto en evaluación de yacimientos de pórfidos de cobre, examinó Toquepala y llegó a la conclusión: “Dada la ubicación, ley baja de mineral, etc., al momento no es oportuno iniciar una campaña de exploración y desarrollo”.
1918: El Dr. Ing. Carlos Basadre, cita a Toquepala y Quellaveco como yacimientos cupríferos de baja ley en su informe “Estado Actual y Porvenir de la Industria Minera en los Departamentos del Sur”.
1930: El geólogo alemán G. Steinmann, reconoció también el área de Toquepala en su libro Geología del Perú afirmando: “En el distrito de Moquegua se halla el yacimiento de Toquepala, formado en parte por impregnaciones y guías de cobre”; y en otro lugar dice: “En Toquepala, cerca a la frontera con Chile, se encuentran grandes cantidades de mineral finamente distribuidos en la riolita”. 1937: A fines de año, el Sr. Juan Oviedo denuncia la zona central de Toquepala. Por primera vez fue reconocida como una zona mineralizada de importancia real por el geólogo A.C. Schmedeman durante un viaje de exploraciones por cuenta de Cerro de Pasco Copper Corporation (CPCC). 1938 - 1942: CPCC exploró parcialmente el yacimiento bajo una opción de compra previamente acordada con el propietario de la concesión.
Se perforaron 34 taladros diamond drill con 7,741 m al término de esta exploración CPCC dejó que su acuerdo de compra caducara y f uera tomada y ejercida por Northern Peru Mining & Smelting Co, luego siguieron 6 años de paralización de trabajos de exploración mientras se definía a los nuevos dueños de la concesión en las cortes de justicia de Lima-Perú.
1945 - 1949: Northern Peru, subsidiaria 100 % de American Smelting and Refining Company (ASARCO) realizó estudios regionales de Ingeniería, Geología, Fotogeología y Metalurgia. 1949 - 1952: Northern Peru con 139 taladros (108 churn drill y 31 ddh totalizando 41,371 metros lineales llegó a cubicar 426 Mtc con 1.05% Cu entre los niveles 3600 – 3100). 1955: En septiembre, ASARCO, dueña de Northern Peru que a su vez era propietaria de las minas de Toquepala y Quellaveco, acordó con las compañías Cerro de Pasco y Newmont Mining Corporation, propietarias ambas de la mina de Cuajone y Phelps Dodge Corporation, crear a Southern Peru Copper Corporation (SPCC) como dueña de las propiedades. A cambio les daría acciones y cederle los derechos de agua, otros denuncios ubicados en el sur del Perú y los fondos necesarios mediante convenio bilateral con el gobierno de Perú, para el financiamiento de las obras de instalación y equipamiento de la mina de Toquepala hasta ponerla en producción.
1955 – 1998: Desarrollo de diferentes programas de perforación: churn drill, diamantina y circulación reversa, totalizando 570 taladros y 170,000 m de perforación que permitieron: a) Profundizar el diseño del tajo del nivel 3100 al 2665. b) Incrementar en 437 Mtc con 1.01% Cu. c) Explorar parcialmente el cuerpo mineralizado hasta el nivel 2400. Otros programas de perforación desarrollados en este período fueron de investigación geomecánica y optimización de malla de perforación para cálculo de reservas, diseño de tajos y construcción de modelos geológicos, etc.
2. Ubicación El yacimiento minero de Toquepala, se encuentra ubicado en el sur del Perú, en el Departamento de Tacna entre las cotas 3,100 a 3,600 msnm. La zona en general es montañosa y semi-desértica con parámetros anuales de 80 mm de precipitación y 1,500 mm de evaporación. En dirección Noroeste se encuentran los yacimientos de Quellaveco y Cuajone a una distancia de 20 y 30 Km respectivamente, dicho yacimiento se encuentra localizado en una región de topografía accidentada, debido a innumerables quebradas profundas que en su recorrido desde la sierra hacia los desiertos de la costa, cortan transversalmente el flanco occidental de los andes sur occidentales. El área de la mina se encuentra entre los 3,100 y 3,600 msnm, presentándose hacia el Este, nevados con elevaciones que se aproximan a los 6,000 msnm. Geográficamente se encuentra a 17°13’ latitud Sur y 70°36’ longitud Oeste, a
92 Km en línea recta de Tacna, 85 Km de Ilo y 35 Km de Moquegua y es accesible desde estas ciudades mediante la carretera Panamericana hasta la localidad de Camiara, de donde parte una carretera afirmada de 76 Km hacia la mina. Toquepala se une con el Puerto de Ilo mediante línea férrea de 167 Km y con la Fundición con una extensión, desde el Puerto, de 17 Km. Políticamente pertenece al distrito de Ilabaya, provincia de Jorge Basadre del Departamento de Tacna.
3. Geología regional: El yacimiento está situado en un área que fue sometida a intensa actividad ígneo-eruptiva, de magmas riolíticos y andesíticos que se registró hace 70 M.A (Cretáceo - Terciario); esta actividad produjo enormes cantidades de material volcánico, el cual se acumuló en una serie de mantos de lava, hasta completar un espesor de 1,500 m constituyendo el basamento regional, el mismo que está compuesto por derrames alternados de riolitas, andesitas y aglomerados, inclinados ligeramente hacia el oeste y que constituyen el llamado “Grupo Toquepala” (Ver figura geología regional de Toquepala) Posteriormente la actividad ígnea fue principalmente epitermal y produjo grandes masas de roca en fusión que intruyeron, rompiendo y fundiendo las lavas enfriadas del “Grupo Toquepala”. Estas rocas intrusivas constituyen
apófisis del batolito andino y fueron emplazadas en diferentes etapas. Debido a que provinieron de un magma calco-alcalino de concentración química variable, resultaron diferentes tipos de rocas: diorita, granodiorita, dacita porfirítica, etc. La actividad tectónica regional, que está relacionada con la for mación de la Cordillera de los Andes, está representada estructuralmente en el área por las fallas Incapuquio, Micalaco de orientación NW - SE y el alineamiento Toquepala. El basamento de Toquepala fue afectado por los movimientos de la segunda fase de la orogenia andina (fase Inca) durante el Eoceno tardío o comienzos del Oligoceno (E. Bellido). La formación de la falla Micalaco puede haber sido favorecida por el contacto volcánico intrusivo, mientras que el alineamiento Toquepala N-S se habría desarrollado como subsidiaria del fallamiento principal NW-SE y por el levantamiento del bloque situado al norte de la falla Micalaco; ambas fallas se interceptan en el área de la mina y determinaron una zona extensa de debilitamiento. Posteriormente, soluciones a elevada temperatura, resultantes de una etapa de diferenciación magmática, atravesaron todas las rocas existentes destruyéndolas y alterando su composición química, haciéndolas más permeables. Estas soluciones, favorecidas por el debilitamiento preexistente, produjeron la alteración y mineralización primaria, definiéndose un estadío estable y maduro del sistema. Luego de las diferentes etapas de intrusión y de la secuencia de brechamiento (Chimenea de brecha), durante las últimas manifestaciones de actividad hidrotermal, se formó una ventana explosiva, confinada al norte del yacimiento, ventana que fue rellenada posteriormente por un magma de composición porfirítica con una débil mineralización que englobó fragmentos de diferentes tipos de roca de varias formas y tamaños (aglomerado de dacita).
Geología regional de Toquepala
Intrusiones de diques de latita porfirítica, emplazados a lo largo del alineamiento Toquepala, representan la última fase de vulcanismo en el sistema. A esa actividad volcánica le siguieron etapas sucesivas de intensa erosión, asociadas a variaciones del nivel freático que ocasionaron el lavado (Lixiviación) de la parte superior de la zona mineralizada y una concentración de minerales de cobre en profundidad (Zona de Enriquecimiento Secundario). Erosiones subsiguientes aplanaron la topografía regional expuesta hasta formar la superficie Puna durante el Mioceno superior. Actividad volcánica posterior depositó en extensas áreas los volcánicos Huayllillas. En Toquepala no se tiene cubierta de volcánico joven.
Vista aérea de la mina Toquepala
4. Geología local: Relacionada con una intensa actividad ígnea del Cretáceo superior al Terciario inferior. El basamento consiste de derrames alter nados de riolitas y andesitas de posición casi horizontal, con un espesor acumulado superior a los 1,500 m y que constituyen el Grupo Toquepala. El intrusivo consiste en apófisis y cuerpos mayores de granodiorita y diorita pertenecientes al batolito andino y su diferenciación a dacita porfirítica. A continuación una comparación de dos planos geológicos levantados en 1955 y 1999
Plano geológico “A” (K. Richard – J. Courtright): Levantado en 1955
Plano geológico “B”: Exposición de rocas producto de los trabajos de minado
hasta 1999.
Columna estratigráfica de Toquepala
Posee estructuras enmarcadas regionalmente dentro del alineamiento tectónico NO-SE formado durante el Cretácico superior - Terciario inferior y que tiene orientación paralela a la Cordillera Andina (Falla Micalaco y Alineamiento Toquepala.) Relacionadas con la formación de brechas y fracturamiento tipo stockwork en áreas amplias de debilitamiento constituyendo en conjunto chimenea de brecha Las principales fallas mapeadas en el tajo coinciden con las quebradas de la topografía original, siendo las más representativas: Sargento, Yarito y Toquepala que en general son fallas de alto ángulo.
Litología de la mina Toquepala
Vista de la geología de la mina Toquepala
5. Mineralogía:
Posee una mineralización simple siendo la distribución de leyes de cobre uniforme, tanto lateralmente como en profundidad. Los minerales económicos se encuentran en estado de sulfuros diseminados a través de toda la roca, en pequeñas venillas rellenando vacíos o en pequeños agregados. Presenta una mineralogía compuesta por calcopirita (CuFeS2) y calcosita (Cu2S) como minerales de mena; molibdenita (MOS2) como mineral de molibdeno y pirita (FeS2) mineral de hierro no económico. La zona de enriquecimiento secundario se encuentra en posición casi horizontal con espesores que varían de 0 a 150 m. En el nivel intermedio 3100 se ha localizado un tope de mineralización de yeso-anhidrita. La mineralización es del tipo meso termal (entre 225°C – 475°C)
La mineralogía de Toquepala está representado por: 1. Zona lavada: Están presentes: Limonita, jarosita, goethita en fracturas 2. Zona de óxidos: Están presentes: Prácticamente no existe 3. Zona de enriquecimiento secundario: Están presentes: Calcosina, digenita, covelina, bornita, pirita, calcopirita, molibdenita, rellenando el stockwork y en forma diseminada 4. Zona primaria: Están presentes: Calcopirita, pirita, bornita, molibdenita t etraedrita, enargita, galena; rellenando el stockwork y en forma diseminada
Mineralogía de Toquepala
6. Alteración: Presenta los cuatro tipos de alteración más comunes:
Alteración propilítica: epídota – clorita – calcita – pirita. Presente en diorita mayormente. Alteración argílica supérgena: caolín y arcillas en general. Presente en diorita y rocas volcánicas Alteración fílica: cuarzo – sericita - pirita. Presente en el intrusivo de dacita y brechas en general Alteración Fílico-potásica: biotita – clorita – sericita. Presente en el intrusivo de dacita y brecha. Todas las rocas del basamento, rocas intrusivas han sido alteradas, a excepción de la dacita aglomerádica y diques de latita porfirítica. Alteración a sílice ocurre mayormente en el pórfido cuarcífero Quellaveco.
Principales alteraciones
En la siguiente figura, se observa el plano de alteración del yacimiento y muestra tres aspectos importantes:
a. Borde expuesto de mineralización 0.4 y 0.1 % Cu. b. La comparación de áreas entre el tajo actual y el área de interés. c. El área de interés con potencial para explorar en la zona de alteración propílica.
Plano de alteración de Toquepala
7. Paragénesis y zoneamiento: La evolución del yacimiento de Toquepala está genéticamente relacionada a dos tipos de eventos magmáticos:
El primero de naturaleza volcánica con la deposición de derrames intercalados de andesitas y riolitas que pertenecen al grupo Toquepala, El segundo de tipo intrusivo con emplazamientos sucesivos de cuerpos mayores de diorita-granodiorita, seguida de pequeños stocks de dacitas, monzonitas cuarcíferas y latitas, ocurridos en el Terciario inferior y ubicados a pocos kilómetros de la superficie, responsables de la alteración hidrotermal y la mineralización hipógena del yacimiento.
Algunas de las características de estos yacimientos son el desarrollo de chimeneas de brecha angulares y redondeadas y presencia de diques tabulares de pórfido de latita y brecha de guijarros. Los movimientos de la segunda fase de la orogenia andina ocurridos desde el Eoceno tardío hasta comienzos del Oligoceno constituyen el marco tectónico regional que afectó y modeló el yacimiento Toquepala. Richard y Courtright (1955) establecieron la secuencia de la formación del yacimiento Toquepala que se describe en el siguiente gráfico y f iguras:
Minerales formados según la termometría, Toquepala es mesotermal Magmáticos >Tº >P >Tº >P Ti Be Fe Fe Na Sn K F Mg Si Ca Ni Mo Cu Cr Pt Si
Pegmatíticos Ti Be K Zr W B Si F
Hidrotermales Hipotermal Mesotermal Epitermal Ni Cu Au Sn Zn Ag Mo Pb Cd W Si Se Cu S Te Si F As S Fe Si F S Fe Sb
Paragénesis del modelo geológico Toquepala
Zoneamiento del pórfido Toquepala
Zona del depósito
Mineralogía
Zona de lixiviación
Los minerales solubles han sido separados
Zona enriquecida por oxidación
Malaquita, Azurita, cuprita, cobre nativo, crisocola
NIVEL DEL AGUA SUBTERRÁNEA Zona de enriquecimiento en sulfuros secundarios
Calcosina, covelina, bornita, calcopirita, pirita
Zona de sulfuros primarios Calcopirita, pirita
Mineralogía del zoneamiento
Interpretación del modelo: Eventos estructurales:
Abreviaturas presentes en los gráficos
8. Génesis: El depósito está situado en un terreno que fue sometido a intensa actividad ígnea, incluyendo una gran variedad de fenómenos eruptivos, los que se registraron hace 70 millones de años (Cretáceo-terciario); esta actividad produjo enormes cantidades de material volcánico, el cual se acumuló en una serie de mantos de lava volcánica, hasta completar un espesor de 1,500 m constituyendo el basamento regional, el mismo que está compuesto por derrames alternados de riolitas, andesitas y aglomerados, inclinados ligeramente hacia el Oeste y que constituyen el llamado “Grupo Toquepala”.
Posteriormente, la actividad ígnea fue principalmente subterránea y produjo grandes masas de roca en fusión que intrusionaron, rompiendo y fundiendo las lavas enfriadas del “Grupo Toquepala”.
Estas rocas intrusivas constituyen apófisis del batolito andino y f ueron emplazadas en diferentes etapas. Debido a que provinieron de un magma de composición química variable, resultaron diferentes tipos de rocas:
9. Conclusiones:
Fueron necesarios 20 años (1917-1937) de observación y acopio de información de campo, antes de que Toquepala fuera considerado y reconocido como un yacimiento con potencial económico explotable de cobre y fueron 20 años más (1938-1960) de exploración, negociación, ingeniería y administración antes de que se iniciara la explotación del yacimiento minero de Toquepala. Entre 1937 y 1952 se desarrolló la prospección y exploración del yacimiento y fueron utilizados para la evaluación geológica, elementos como el reconocimiento geológico superficial, muestreo sistemático de afloramientos, perforación diamantina y churn drill, excavación de galerías y chimeneas entre y sobre taladros, fotogeología. No se utilizaron métodos geofísicos en el proyecto. En la década de los 50’s, se incentivó a la gran minería mediante
convenios con el gobierno para la explotación de yacimientos de baja ley y gran tonelaje; en este entorno legal se suscribió un convenio bilateral entre SPCC y el gobierno Peruano el 11 de noviembre de 1954.
Trabajos de exploración diamantina posteriores a 1952 han permitido hacer confirmación de leyes, alcanzar mallas de perforación en un rango de 70-90 m., incremento de reservas minables mediante la profundización de taladros, investigaciones geomecánicas y satisfacer contornos y/o delimitaciones de cutoff entre 0.4% y 0.5% Cu. Geológicamente el yacimiento de Toquepala es un pórfido de cobremolibdeno diseminado, donde la mineralización está subordinada a una chimenea de brecha y a un intrusivo de dacita. El reconocimiento con perforación diamantina de la chimenea de brecha alcanza los 1000 m de profundidad, manteniendo una geometría cilíndrica, de ± 700 m de diámetro y mineralización homogénea de 0.8% Cu. Con la implementación del método del beneficio de minerales de cobre con lixiviación-electrodeposición en 1995, todo el material insitu en mina y disponible en botaderos con ley marginal 0.1 a 0.4% Cu pasó a categoría de mineral de reservas para lixiviación, totalizando a la fecha 700 Mtc de mineral lixiviable con ley promedio de 0.2% Cu.
10. Bibliografía:
Rubén Matos: “Explotación, desarrollo y geología del yacimiento Toquepala”
González Paihua Tomás (2010): Tesis “Diseño de minas a tajo abierto”
Tumialán De la Cruz Pedro Hugo: “Compendio de yacimientos minerales del Perú “
Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana (2006): “Características metalogenéticas de los depósitos de tipo pórfido cuprífero”
Rodríguez G Valdés: “Compendio de Geología”
Manrique, J. y Plazolles, A (1974): “Geología de Cuajone”. Tercer
Congreso Peruano de Geología.
