1.10: Minerales

INTRODUCCIÓN

La corteza terrestre está compuesta por muchos tipos de rocas, cada una de las cuales es un agregado de uno o más minerales. En geología, el término mineral describe cualquier sustancia sólida de origen natural con una composición y estructura cristalina específicas. La composición de un mineral se refiere a los tipos y proporciones de los elementos que componen el mineral. La forma en que se empaquetan estos elementos determina la estructura del mineral. Se han identificado más de 3,500 minerales diferentes. Solo hay 12 elementos comunes (oxígeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, titanio, hidrógeno, manganeso, fósforo) que se encuentran en la corteza terrestre. Tienen abundancias de 0.1 por ciento o más. Todos los demás elementos naturales se encuentran en cantidades muy pequeñas o traza.

El silicio y el oxígeno son los elementos de la corteza más abundantes, que en conjunto comprenden más del 70 por ciento en peso. Por lo tanto, no es sorprendente que los minerales de la corteza más abundantes sean los silicatos (por ejemplo, olivino, Mg2SiO4), seguidos de los óxidos (por ejemplo, hematita, Fe2O3).

Otros tipos importantes de minerales incluyen: los carbonatos (por ejemplo, calcita, CaCO3), sulfuros (por ejemplo, galena, PBS) y los sulfatos (por ejemplo, anhidrita, CaSO4). La mayoría de los minerales abundantes en la corteza terrestre no son de valor comercial. Los minerales económicamente valiosos (metálicos y no metálicos) que proporcionan las materias primas para la industria tienden a ser raros y difíciles de encontrar. Por lo tanto, es necesario un esfuerzo y habilidad considerables para encontrar dónde ocurren y extraerlos en cantidades suficientes.

VALOR ECONÓMICO DE LOS MINERALES

Los minerales que son de valor económico pueden clasificarse como metálicos o no metálicos. Los minerales metálicos son aquellos de los que se pueden extraer metales valiosos (por ejemplo, hierro, cobre) para uso comercial. Los metales que se consideran geoquímicamente abundantes ocurren en abundancias corticales de 0.1 por ciento o más (por ejemplo, hierro, aluminio, manganeso, magnesio, titanio). Los metales que se consideran geoquímicamente escasos ocurren en abundancias de la corteza de menos de 0.1 por ciento (por ejemplo, níquel, cobre, zinc, metales de platino). Algunos minerales metálicos importantes son: hematita (fuente de hierro), bauxita (fuente de aluminio), esfalerita (fuente de zinc) y galena (fuente de plomo). Los minerales metálicos ocasionalmente, pero rara vez se presentan como un solo elemento (por ejemplo, oro nativo o cobre).

Los minerales no metálicos son valiosos, no por los metales que contienen, sino por sus propiedades como compuestos químicos. Debido a que se utilizan comúnmente en la industria, a menudo también se les conoce como minerales industriales. Se clasifican según su uso. Algunos minerales industriales se utilizan como fuentes de sustancias químicas importantes (por ejemplo, halita para cloruro de sodio y bórax para boratos). Algunos se utilizan para materiales de construcción (por ejemplo, yeso para yeso y caolín para ladrillos). Otros se utilizan para hacer fertilizantes (por ejemplo, apatita para fosfato y silvita para potasio). Otros se utilizan como abrasivos (por ejemplo, diamante y corrundum).

YACIMIENTOS MINERALES

Los minerales están por todas partes a nuestro alrededor. Por ejemplo, se estima que el océano contiene más de 70 millones de toneladas de oro. Sin embargo, sería demasiado caro recuperar ese oro debido a su muy baja concentración en el agua. Los minerales deben concentrarse en depósitos para que su recolección sea económicamente factible. Un depósito mineral que contiene uno o más minerales que pueden extraerse de manera rentable se denomina mineral. Muchos minerales se encuentran comúnmente juntos (por ejemplo, cuarzo y oro; molibdeno, estaño y tungsteno; cobre, plomo y zinc; platino y paladio). Debido a que diversos procesos geológicos pueden crear enriquecimientos locales de minerales, los depósitos minerales pueden clasificarse de acuerdo con el proceso de concentración que los formó. Los cinco tipos básicos de depósitos minerales son: hidrotermal, magmática, sedimentaria, placentera y residual.

Los depósitos minerales hidrotermales se forman cuando los minerales son depositados por soluciones acuosas calientes que fluyen a través de fracturas y espacios porosos de la roca cortical. Muchos cuerpos minerales famosos han resultado de la deposición hidrotermal, incluidas las minas de estaño en Cornualles, Inglaterra y las minas de cobre en Arizona y Utah. Los depósitos minerales magmáticos se forman cuando se producen procesos como la fusión parcial y la cristalización fraccionada durante la fusión y enfriamiento de las rocas. Las rocas de pegmatita formadas por cristalización fraccionada pueden contener altas concentraciones de litio, berilio y cesio. Las capas de cromita (mineral de cromo) también se formaron por procesos ígneos en el famoso Complejo Ígneo Bushveld en Sudáfrica.

Varios procesos de concentración de minerales implican sedimentación o meteorización. Las sales solubles en agua pueden formar depósitos minerales sedimentarios cuando precipitan durante la evaporación del lago o agua de mar (evaporar depósitos). De esta manera se formaron importantes depósitos de minerales industriales, incluidos los depósitos de bórax en el Valle de la Muerte y el Lago Searles, y los depósitos marinos de yeso encontrados en muchos estados.

Los minerales con una alta gravedad específica (por ejemplo, oro, platino, diamantes) se pueden concentrar mediante el flujo de agua en depósitos de placer que se encuentran en lechos de arroyos y a lo largo de las costas Los depósitos de placer de oro más famosos ocurren en la cuenca Witwatersrand de Sudáfrica. Los depósitos minerales residuales se pueden formar cuando los procesos de meteorización eliminan minerales solubles en agua de un área, dejando una concentración de minerales menos solubles. El mineral de aluminio, bauxita, se formó originalmente de esta manera bajo condiciones de meteorización tropical. El depósito de bauxita más conocido en Estados Unidos ocurre en Arkansas.

UTILIZACIÓN DE MINERALES

Los minerales no se distribuyen uniformemente en la corteza terrestre. Los minerales se encuentran en apenas relativamente pocas áreas, porque se necesitan un conjunto especial de circunstancias para crearlos. Por lo tanto, los signos de un depósito mineral suelen ser pequeños y difíciles de reconocer. La localización de depósitos requiere experiencia y conocimiento. Los geólogos pueden buscar durante años antes de encontrar un depósito mineral económico. El tamaño del depósito, su contenido mineral, la eficiencia de extracción, los costos de procesamiento y el valor de mercado de los minerales procesados son factores que determinan si un depósito mineral puede desarrollarse de manera rentable. Por ejemplo, cuando el precio de mercado del cobre aumentó significativamente en la década de 1970, algunos depósitos marginales o de baja calidad de cobre se convirtieron repentinamente en cuerpos minerales rentables.

Después de que se localiza un depósito mineral potencialmente rentable, se extrae mediante una de varias técnicas. La técnica que se utiliza depende del tipo de depósito y si el depósito es poco profundo y por lo tanto adecuado para la minería superficial o profunda y, por lo tanto, requiere minería subsuperficial.

Las técnicas de minería de superficie incluyen: minería a cielo abierto, minería de franja de área, minería de tiras de contorno y minería hidráulica. La minería a cielo abierto implica cavar un gran agujero aterrazado en el suelo para eliminar un cuerpo de mineral cercano a la superficie. Esta técnica se utiliza en minas de cobre en Arizona y Utah y minas de mineral de hierro en Minnesota.

La minería de franjas de área se utiliza en áreas relativamente planas. La sobrecarga de suelo y roca se retira de una gran zanja para exponer el cuerpo mineral. Después de retirar los minerales, se llena la zanja vieja y se cava una nueva zanja. Este proceso se repite hasta agotar el mineral disponible. La minería de tiras de contorno es una técnica similar, excepto que se utiliza en terrenos montañosos o montañosos. Una serie de terrazas se cortan en el costado de una pendiente, con la sobrecarga de cada nueva terraza siendo arrojada en la antigua de abajo.

La minería hidráulica se utiliza en lugares como la Amazonía con el fin de extraer oro de laderas. Poderosas corrientes de agua a alta presión se utilizan para expulsar el suelo y la roca que contiene oro, que luego se separa de la escorrentía. Este proceso es muy dañino para el medio ambiente, ya que cerros enteros se erosionan y arroyos se obstruyen con sedimentos. Si la tierra sometida a alguna de estas técnicas mineras superficiales no es restaurada adecuadamente después de su uso, entonces deja una cicatriz antiestética en la tierra y es altamente susceptible a la erosión.

Algunos depósitos minerales son demasiado profundos para ser explotados en superficie y, por lo tanto, requieren un método de minería subsuperficial. En el método tradicional de subsuperficie se cava un eje vertical profundo y los túneles se cavan horizontalmente hacia afuera desde el pozo hacia el cuerpo de mineral. El mineral se retira y se transporta a la superficie. Las minas subterráneas más profundas de este tipo (más profundas que 3500 m) en el mundo se encuentran en la cuenca Witwatersrand de Sudáfrica, donde se extrae oro. Este tipo de minería es menos perturbadora para la superficie terrestre que la minería de superficie. También suele producir menos materiales de desecho. Sin embargo, es más caro y más peligroso que los métodos de minería de superficie.

Una nueva forma de minería subterránea conocida como minería in situ está diseñada para coexistir con otros usos del suelo, como la agricultura. Una mina in situ consiste típicamente en una serie de pozos de inyección y pozos de recuperación construidos con hormigón resistente a los ácidos y revestimiento de cloruro de polivinilo. Se bombea una solución ácida débil al cuerpo mineral para disolver los minerales. Luego, la solución rica en metales se extrae a través de los pozos de recuperación para su procesamiento en una instalación de refinación. Este método se utiliza para la minería in situ de mineral de cobre.

Una vez que se ha extraído un mineral, debe procesarse para extraer metal puro. Los procesos para extraer metal incluyen fundición, extracción electrolítica y lixiviación en pilas. En preparación para el proceso de fundición, el mineral es triturado y concentrado por un método de flotación. El mineral concentrado se funde en un horno de fundición donde las impurezas se queman como gas o se separan como escoria fundida. Este paso suele repetirse varias veces para aumentar la pureza del metal.

Para el método de extracción electrolítica, los relaves de mineral o mina se lixivian primero con una solución ácida débil para eliminar el metal deseado. Se pasa una corriente eléctrica a través de la solución y el metal puro se galvanoplastia sobre un cátodo de arranque hecho del mismo metal. El cobre se puede refinar a partir de mineral de óxido por este método. Además, el cobre metálico producido inicialmente por el método de fundición puede purificarse adicionalmente usando un procedimiento electrolítico similar.

El oro a veces se extrae del mineral mediante el proceso de lixiviación en pilas. Una gran pila de mineral triturado se rocía con una solución de cianuro. A medida que la solución se perfila a través del mineral disuelve el oro. Luego se recoge la solución y se extrae el oro de la misma. Todos los métodos de refinación pueden dañar el medio ambiente. Las fundiciones producen grandes cantidades de contaminación del aire en forma de dióxido de azufre que conduce a la lluvia ácida. Los métodos de lixiviación pueden contaminar arroyos con químicos tóxicos que matan la vida

LA SUFICIENCIA MINERAL Y EL FUTURO

Los recursos minerales son esenciales para la vida tal como la conocemos. Una nación no puede ser próspera sin una fuente confiable de minerales, y ningún país tiene todos los recursos minerales que requiere. Estados Unidos tiene alrededor del 5 por ciento de la población mundial y el 7 por ciento de la superficie terrestre mundial, pero utiliza alrededor del 30 por ciento de los recursos minerales del mundo. Importa un gran porcentaje de sus minerales; en algunos casos no están disponibles cantidades suficientes en Estados Unidos, y en otros son más baratos de comprar en otros países. Ciertos minerales, en particular los que se importan principalmente y se consideran de vital importancia, son almacenadas por Estados Unidos para protegerse contra embargos u otras crisis políticas. Estos minerales estratégicos incluyen: bauxita, cromo, cobalto, manganeso y platino.

Debido a que los minerales se producen lentamente a lo largo de escalas de tiempo geológicas, se consideran recursos no renovables. Los yacimientos minerales estimados que son económicamente factibles de extraer se conocen como reservas minerales. El creciente uso de los recursos minerales en todo el mundo plantea la cuestión de cuánto durarán estas reservas. La mayoría de los minerales están en oferta suficiente para durar muchos años, pero se espera que algunos (por ejemplo, oro, plata, plomo, tungsteno y zinc) no alcancen la demanda en un futuro próximo. Actualmente, las reservas para un mineral en particular suelen aumentar a medida que aumenta el precio de ese mineral. Esto se debe a que el precio más alto hace económicamente factible extraer algunos depósitos que antes no eran rentables, lo que luego desplaza estos depósitos a las reservas. Sin embargo, a largo plazo esto no será así porque los depósitos minerales son finitos en última instancia.

Hay formas de ayudar a prolongar la vida de las reservas minerales conocidas. La conservación es un método obvio para estirar las reservas. Si usas menos, necesitas menos. El reciclaje ayuda a aumentar la cantidad de tiempo que un mineral o metal permanece en uso, lo que disminuye la demanda de nueva producción. También ahorra considerable energía, ya que la fabricación de productos a partir de metales reciclados (por ejemplo, aluminio, cobre) consume menos energía que fabricarlos a partir de materias primas. También es útil la legislación gubernamental que fomente la conservación y el reciclaje. La actual “Ley General de Minería de 1872”, sin embargo, hace justamente lo contrario. Permite que las empresas mineras compren tierras gubernamentales de manera muy económica y no paguen regalías por los minerales extraídos de esa tierra. Como resultado, los precios de los minerales se mantienen artificialmente bajos, lo que desalienta la conservación y el reciclaje.