20.1: Depósitos Metálicos
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El sector minero de Canadá tuvo ingresos del orden de 44 mil millones de dólares en 2017 (Figura\(\PageIndex{1}\)). Los 4 productos más valiosos fueron oro, carbón, cobre y potasa, con importantes cantidades de hierro, níquel, diamantes, agregados de arena y grava, piedra y zinc. Los ingresos del sector petrolero son significativamente mayores, con más de 100 mil millones de dólares anuales.
Un depósito metálico es un cuerpo de roca en el que se han concentrado uno o más metales hasta el punto de ser económicamente viables para su recuperación. Algunos niveles de fondo de metales importantes en rocas promedio se muestran en la Tabla 20.1, junto con los grados típicos necesarios para hacer un depósito viable, y los factores de concentración correspondientes. Al observar el cobre, por ejemplo, podemos ver que si bien la roca promedio tiene alrededor de 40 ppm (partes por millón) de cobre, es necesario un grado de alrededor de 10,000 ppm o 1% para hacer un depósito de cobre viable. En otras palabras, el mineral de cobre tiene aproximadamente 250 veces más cobre que la roca típica. Para los demás elementos de la lista, los factores de concentración son mucho mayores. Para el oro, es 2,000 veces y para la plata es alrededor de 10,000 veces.
| Metal | Nivel de fondo típico | Grado Económico Típico* | Factor de Concentración |
|---|---|---|---|
| Cobre | 40 ppm | 10,000 ppm (1%) | 250 veces |
| Oro | 0.003 ppm | 6 ppm (0.006%) | 2,000 veces |
| Plomo | 10 ppm | 50,000 ppm (5%) | 5,000 veces |
| Molibdeno | 1 ppm | 1,000 ppm (0.1%) | 1,000 veces |
| Níquel | 25 ppm | 20,000 ppm (2%) | 800 veces |
| Plata | 0.1 ppm | 1,000 ppm (0.1%) | 10,000 veces |
| Uranio | 2 ppm | 10,000 ppm (1%) | 5,000 veces |
| Zinc | 50 ppm | 50,000 ppm (5%) | 1,000 veces |
| *Es importante señalar que la viabilidad económica de cualquier depósito depende de una amplia gama de factores, incluyendo su grado, tamaño, forma, profundidad por debajo de la superficie y proximidad a la infraestructura, el precio actual del metal, las regulaciones laborales y ambientales en la zona, y muchos otros factores. | |||
Es claro que se debe realizar alguna concentración muy significativa para formar un depósito minable. Esta concentración puede ocurrir durante la formación de la roca huésped, o después de que se forme la roca, a través de una serie de diferentes tipos de procesos. Existe una gran variedad de procesos de formación de mineral, y hay cientos de tipos de depósitos minerales. A continuación se describen los orígenes de algunos de ellos.
Depósitos Magmáticos de Níquel
Un depósito magmático es aquel en el que la concentración de metal tiene lugar principalmente al mismo tiempo que la formación y emplazamiento del magma. La mayor parte del níquel extraído en Canadá proviene de depósitos magmáticos como los de Sudbury (Ontario), Thompson (Manitoba) (Figura\(\PageIndex{2}\)) y Voisey's Bay (Labrador). Los magmas a partir de los cuales se forman estos depósitos son de composición máfica o ultramafica (derivados del manto), y por lo tanto tenían contenidos relativamente altos de níquel y cobre para empezar (hasta 100 veces más que las rocas normales en el caso del níquel). Estos elementos pueden concentrarse aún más dentro del magma como resultado de la adición de azufre a partir de la fusión parcial de las rocas circundantes. Los minerales pesados de níquel y sulfuro de cobre se concentran aún más por segregación por gravedad (es decir, cristales que se asientan hacia el fondo de la cámara de magma). En algunos casos, también hay concentraciones significativas de minerales portadores de platino en depósitos magmáticos.
La mayoría de estos tipos de depósitos alrededor del mundo son precámbricos en edad; el manto estaba significativamente más caliente en ese momento, y los magmas máficos y ultramáficos necesarios tenían más probabilidades de ser emplazados en la corteza continental.
Depósitos Volcanogénicos Masivos de Sulfuro
Gran parte del cobre, zinc, plomo, plata y oro extraído en Canadá se extrae de depósitos de sulfuro masivo (VHMS) alojados volcánicos asociados con el vulcanismo submarino (depósitos VMS). Ejemplos son los depósitos en Kidd Creek, Ontario, Flin Flon en la frontera Manitoba-Saskatchewan, Britannia en Howe Sound y Myra Falls (dentro del parque Strathcona) en la isla de Vancouver.
Los depósitos de VMS se forman a partir del agua descargada a alta temperatura (250° a 300°C) en respiraderos hidrotermales del fondo oceánico, principalmente en áreas de vulcanismo de subducción. El ambiente es comparable al de los fumadores negros de hoy en día (Figura\(\PageIndex{3}\)), que se forman donde el agua caliente rica en metal y sulfuro sale del fondo marino. Se denominan depósitos masivos de sulfuro porque los minerales de sulfuro (incluyendo pirita (FeS2), esfalerita (ZnS), calcopirita (CuFes 2) y galena (PbS)) generalmente están presentes en concentraciones muy altas (constituyendo la mayoría de la roca en algunos casos). Los metales y el azufre son lixiviados de las rocas del fondo marino mediante la convección de las aguas subterráneas impulsadas por el calor volcánico, y luego precipitan rápidamente donde esa agua caliente entra en el agua fría del mar, haciendo que se enfríe repentinamente y cambie químicamente. La roca volcánica que alberga los depósitos se forma en la misma zona y al mismo tiempo general que la acumulación de los minerales minerales.
Depósitos de pórfido
Los depósitos de pórfido son la fuente más importante de cobre y molibdeno en Columbia Británica, el oeste de Estados Unidos y América Central y del Sur. La mayoría de los depósitos de pórfido también albergan algo de oro, y en raras ocasiones el oro es la principal mercancía. B.C. ejemplos incluyen varios depósitos grandes dentro de la mina Highland Valley (Figura\(\PageIndex{1}\)) y muchos otros depósitos dispersos por la parte central de la provincia.
Se forma un depósito de pórfido alrededor de un material félsico refrigerante en la parte superior de la corteza. Se les llama “pórfido” porque las reservas de la corteza superior son típicamente porfiríticas en textura, el resultado de un proceso de enfriamiento de dos etapas. El enriquecimiento de metales resulta en parte de la convección del agua subterránea relacionada con el calor del stock, y también del agua caliente rica en metales expulsada por el magma de enfriamiento (Figura\(\PageIndex{4}\)). Las rocas hospedadoras, que comúnmente incluyen el stock en sí y las rocas del país circundante, normalmente están altamente fracturadas y brechas. Durante el proceso de formación del mineral, algunos de los minerales originales en estas rocas se alteran a feldespato potásico, biotita, epidota y diversos minerales arcillosos. Los minerales minerales importantes incluyen calcopirita (CuFe 2), bornita (Cu 5 FeS 4) y pirita en depósitos de pórfido de cobre, o molibdenita (MoS 2) y pirita en depósitos de pórfido de molibdeno. El oro está presente como copos diminutos de oro nativo.
Este tipo de ambiente (es decir, alrededor y por encima de un cuerpo intrusivo) también es favorable para la formación de otros tipos de depósitos, particularmente depósitos de oro tipo vena (también conocidos como depósitos epitermales). Algunos de los depósitos de oro de Columbia Británica (como en el área de Eskay Creek adyacente al panhandle de Alaska), y muchos de los otros depósitos de oro situados a lo largo del borde occidental de América del Sur y del Norte son del tipo de veta que se muestra en la Figura\(\PageIndex{4}\), y están relacionados con cuerpos de magma cercanos.
Formación de hierro con bandas
La mayoría de los principales depósitos de hierro del mundo son del tipo de formación de hierro bandeado, y la mayoría de estos se formaron durante la oxigenación inicial de la atmósfera terrestre entre 2,400 y 1,800 Ma. En ese momento, el hierro que estaba presente en forma disuelta en el océano (como Fe2+) se oxidó a su forma insoluble (Fe3+) y se acumuló en el fondo marino, principalmente como hematita intercalada con cerda (Figura\(\PageIndex{5}\)). A diferencia de muchos otros metales, que son económicamente viables en grados de alrededor del 1% o incluso mucho menos, los depósitos de hierro solo son viables si los grados son del orden del 50% de hierro y si son muy grandes.
Depósitos de uranio de tipo inconformidad
Existen varios tipos diferentes de depósitos de uranio, pero algunos de los más grandes y ricos son los que se encuentran dentro de la cuenca Athabasca del norte de Saskatchewan. Estos se denominan depósitos de uranio de tipo disconformidad porque todos están situados muy cerca de la inconformidad entre la arenisca del Grupo Athabasca Proterozoico y la roca ígnea sedimentaria, volcánica e intrusiva mucho más antigua de Archean (Figura\(\PageIndex{6}\)). No se entiende perfectamente el origen de los depósitos de U de tipo disconformidad, pero se piensa que son importantes dos características particulares: (1) la permeabilidad relativa de la arenisca del Grupo Athabasca, y (2) la presencia de esquisto grafítico dentro de las rocas arqueas subyacentes. La permeabilidad de la arenisca permitió que el agua subterránea fluyera a través de ella y lixiviara pequeñas cantidades de U, que permanecieron en solución en la forma oxidada U 6+. El grafito (C) creó un ambiente reductor (no oxidante) que convirtió el uranio de U 6+ a U 4+ insoluble, momento en el que se precipitó como el mineral uraninita (UO 2).
Por diversas razones, la energía térmica (calor) del interior de la Tierra es crítica en la formación de muchos tipos de depósitos de mineral. Mire hacia atrás a través de las descripciones de tipo depósito anteriores y complete la siguiente tabla, describiendo cuáles de esos tipos de depósitos dependen de una fuente de calor para su formación y por qué.
| Tipo de Depósito | ¿El calor es un factor? | Si es así, ¿cuál es el papel del calor? |
|---|---|---|
| Magmatic | ||
| Sulfuro masivo volcanogénico | ||
| Pórfido | ||
| Formación de hierro con bandas | ||
| Uranio de tipo inconformidad |
Consulte el Apéndice 3 para el Ejercicio 20.2 respuestas.
Minería y Procesamiento de Minerales
Los depósitos metálicos se extraen de diversas maneras dependiendo de su profundidad, forma, tamaño y grado. Depósitos relativamente grandes que están bastante cerca de la superficie y de forma algo regular se extraen utilizando métodos de minas a cielo abierto (Figura\(\PageIndex{1}\)). Crear un agujero gigante en el suelo generalmente es más barato que hacer una mina subterránea, pero también es menos preciso, por lo que es necesario extraer mucha roca residual junto con el mineral. Los depósitos relativamente profundos o aquellos con formas alargadas o irregulares se extraen típicamente del subsuelo con pozos verticales profundos, descensos (túneles inclinados) y niveles (túneles horizontales) (Figuras 20.1.7 y 20.1.9). De esta manera, es posible enfocar la minería en el propio cuerpo mineral. Sin embargo, con cuerpos de mineral relativamente grandes, puede ser necesario dejar algunos pilares para sostener el techo.
En muchos casos, la parte cercana a la superficie de un cuerpo mineral se extrae a cielo abierto, mientras que las partes más profundas se extraen bajo tierra (Figuras 20.1.8 y 20.1.9).
Un depósito metálico típico podría contener un pequeño porcentaje de minerales minerales (por ejemplo, calcopirita o esfalerita), mezclados con los minerales de la roca original (por ejemplo, cuarzo o feldespato). Otros minerales de sulfuro están comúnmente presentes dentro del mineral, especialmente la pirita.
Cuando se procesa el mineral (normalmente muy cerca de la mina), se muele hasta obtener un polvo fino y los minerales del mineral se separan físicamente del resto de la roca para hacer un concentrado. En una mina de molibdeno, por ejemplo, este concentrado puede ser molibdenita casi pura (MoS 2). El resto de la roca se conoce como relaves. Sale del concentrador como una suspensión húmeda y debe almacenarse cerca de la mina, en la mayoría de los casos, en un estanque de relaves.
El estanque de relaves en la mina Myra Falls en la isla de Vancouver y los estanques de sedimentación para aguas residuales del concentrador se muestran en la Figura\(\PageIndex{10}\). Los relaves están contenidos por un terraplén. También es visible en primer plano una pila de roca de desecho, que es roca no mineral que fue extraída para acceder al mineral. A pesar de que esta roca de desecho contiene poco o ningún mineral mineral, en muchas minas contiene hasta un poco por ciento de pirita. Los relaves y la roca residual en la mayoría de las minas son una responsabilidad ambiental porque contienen pirita más pequeñas cantidades de minerales minerales. Cuando la pirita se expone al oxígeno y al agua, genera ácido sulfúrico, también conocido como drenaje ácido de roca (ARD). La acidez en sí es un problema para el medio ambiente, pero debido a que los elementos minerales, como el cobre o el plomo, son más solubles en agua ácida que en agua neutra, la ARD también suele ser bastante rica en metales, muchos de los cuales son tóxicos.
Los estanques de relaves y las pilas de almacenamiento de roca residual deben mantenerse cuidadosamente para garantizar su integridad y monitorearse para garantizar que el agua ácida y rica en metales no se filtre. En agosto de 2014, el estanque de relaves en el monte. La mina Polley en el centro de BC falló y se liberaron 10 millones de metros cúbicos de aguas residuales junto con 4.5 millones de metros cúbicos de lodo de relaves en Polley Lake, Hazeltine Creek y Quesnel Lake (Figura\(\PageIndex{11}\), a y b). A partir de 2019, las implicaciones ambientales de este evento aún no se entienden completamente.
La mayoría de las minas tienen concentradores en el sitio porque es relativamente simple separar minerales de minerales no minerales y esto reduce significativamente los costos y otras implicaciones del transporte. Pero la separación de minerales minerales es solo la etapa preliminar del refinamiento del metal, para la mayoría de los metales la segunda etapa consiste en separar los elementos reales dentro de los minerales minerales. Por ejemplo, el mineral más común de cobre es la calcopirita (CuFes 2). El cobre necesita ser separado del hierro y el azufre para hacer cobre metálico y eso implica procesos complicados y muy intensivos en energía que se realizan en fundiciones u otro tipo de refinerías. Por su costo y las economías de escala, hay muchas menos refinerías que minas.
Hay varias refinerías de metal (incluyendo fundiciones) en Canadá; algunos ejemplos son la refinería de aluminio en Kitimat, B.C. (que utiliza mineral de ultramar); la fundición de plomo-zinc en Trail, B.C.; la fundición de níquel en Thompson, Manitoba; numerosas fundiciones de acero en Ontario, junto con varias otras refinerías operaciones para níquel, cobre, zinc y uranio; refinerías de aluminio en Quebec; y una fundición de plomo en New Brunswick.
Descripciones de las imágenes
[Volver a la figura\(\PageIndex{1}\)]
Descripción de la\(\PageIndex{8}\) imagen de la figura: Se cava una mina a cielo abierto para acceder al mineral que está cerca de la superficie. Para el mineral más abajo, se construirá una mina subterránea para acceder al mineral. Este diagrama muestra el eje principal (un túnel vertical grande) con cuatro niveles (túneles horizontales) conectados a él. Los niveles van desde el eje principal hasta el cuerpo de mineral. Un pozo de ventilación corre hacia arriba a través de los cuatro niveles entre el pozo principal y el mineral para la circulación de aire.
Atribuciones de medios
- Figura\(\PageIndex{1}\): © Steven Earle. CC POR. Basado en datos de Natural Resources Canada.
- Figura\(\PageIndex{2}\): “Mina Vale Nickel” © Timkal. CC BY-SA.
- Figura\(\PageIndex{3}\) (izquierda): “Black Smoker” de D. Butterfield, Univ. de Washington y J. Holden, Univ. Massachusetts Amherst. Dominio público.
- Figura\(\PageIndex{3}\) (derecha): © Steven Earle. CC POR.
- Figura\(\PageIndex{4}\): © Steven Earle. CC POR.
- Figura\(\PageIndex{5}\): “Bestand: Piedra de hierro de banda negra” © Aka. CC BY-SA.
- Figuras 20.1.6, 20.1.7, 20.1.8, 20.1.9, 20.1.10, 20.1.11: © Steven Earle. CC POR.
- Figura\(\PageIndex{11}\) (izquierda): “Sitio de la mina Mount Polley” de Visible Earth, NASA. Dominio público.
- Figura\(\PageIndex{11}\) (derecha): “La mina Mount Polley site dam gap 2014” por Visible Earth, NASA. Dominio público.