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Mineral

Mineral de hierro ( formación de hierro bandeado ) Mineral de manganeso – psilomelano (tamaño: 6,7 × 5,8 × 5,1 cm) Mineral de plomo : galena y anglesita (tamaño: 4,8 × 4,0...

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Mineral de hierro ( formación de hierro bandeado )
Mineral de manganeso  – psilomelano (tamaño: 6,7 × 5,8 × 5,1  cm)
Mineral de plomo  : galena y anglesita (tamaño: 4,8 × 4,0 × 3,0  cm)

El mineral es roca o sedimento natural que contiene uno o más minerales valiosos , generalmente metales , concentrados por encima de los niveles de fondo, y cuya extracción y procesamiento son económicamente viables. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] La ley del mineral se refiere a la concentración del material deseado que contiene. El valor de los metales o minerales que contiene una roca debe sopesarse con el costo de extracción para determinar si tiene una ley suficientemente alta como para que valga la pena extraerla y, por lo tanto, se considere un mineral. [ 4 ] Un mineral complejo es aquel que contiene más de un mineral valioso. [ 5 ]

Los minerales de interés suelen ser óxidos , sulfuros , silicatos o metales nativos como el cobre o el oro . [ 5 ] Los yacimientos minerales se forman mediante diversos procesos geológicos denominados génesis de menas y se clasifican según su tipo de depósito. El mineral se extrae de la tierra mediante minería y se trata o refina , a menudo mediante fundición , para extraer los metales o minerales valiosos. [ 4 ] Algunos minerales, según su composición, pueden representar una amenaza para la salud o los ecosistemas circundantes.

La palabra mineral es de origen anglosajón y significa " trozo de metal ". [ 6 ]

Ganga y relaves

En la mayoría de los casos, un mineral no se compone enteramente de un solo mineral, sino que está mezclado con otros minerales valiosos y con rocas y minerales no deseados o sin valor. La parte de un mineral que no es económicamente deseable y que no se puede evitar en la minería se conoce como ganga . [ 2 ] [ 3 ] Los minerales valiosos del mineral se separan de los minerales de ganga mediante flotación por espuma , concentración por gravedad, métodos eléctricos o magnéticos y otras operaciones conocidas colectivamente como procesamiento de minerales [ 5 ] [ 7 ] o preparación de minerales . [ 8 ]

El procesamiento de minerales consiste en una primera liberación, para separar el mineral de la ganga, y una concentración para separar el o los minerales deseados. [ 5 ] Una vez procesada, la ganga se conoce como relaves , que son materiales inútiles pero potencialmente dañinos que se producen en grandes cantidades, especialmente en yacimientos de menor ley. [ 5 ]

Yacimientos minerales

Un yacimiento mineral es una acumulación de minerales económicamente significativa dentro de una roca huésped. [ 9 ] Esto se distingue de un recurso mineral en que es un yacimiento mineral que se presenta en una concentración suficientemente alta como para ser económicamente viable. [ 4 ] Un yacimiento mineral es una ocurrencia de un tipo particular de mineral. [ 10 ] La mayoría de los yacimientos minerales se nombran según su ubicación, o en honor a un descubridor (por ejemplo, los filones de níquel de Kambalda llevan el nombre de perforadores), [ 11 ] o por algún capricho, una figura histórica, una persona prominente, una ciudad o pueblo de donde provenía el propietario, algo de la mitología (como el nombre de un dios o diosa) [ 12 ] o el nombre en clave de la compañía de recursos que lo encontró (por ejemplo, MKD-5 era el nombre interno del yacimiento de sulfuro de níquel de Mount Keith ). [ 13 ]

Clasificación

Los yacimientos minerales se clasifican según diversos criterios desarrollados mediante el estudio de la geología económica o génesis del mineral . A continuación se presenta una categorización general de los principales tipos de yacimientos minerales:

depósitos magmáticos

Los depósitos magmáticos son aquellos que se originan directamente del magma.

Pegmatita granítica compuesta de plagioclasa y feldespato potásico, con presencia de grandes cristales de hornblenda. La barra de escala mide 5,0 cm.
  • Las pegmatitas son rocas ígneas de grano muy grueso. Cristalizan lentamente a gran profundidad bajo la superficie, lo que da lugar a cristales de gran tamaño. La mayoría son de composición granítica. Constituyen una importante fuente de minerales industriales como cuarzo , feldespato , espodumeno , petalita y elementos litófilos poco comunes . [ 14 ]
  • Las carbonatitas son rocas ígneas cuyo volumen está compuesto por más del 50 % de minerales carbonatados. Se forman a partir de magmas derivados del manto, generalmente en zonas de rift continental. Contienen más elementos de tierras raras que cualquier otra roca ígnea y, por lo tanto, son una fuente importante de elementos de tierras raras ligeras. [ 15 ]
  • Los depósitos de sulfuros magmáticos se forman a partir de fundidos del manto que ascienden y adquieren azufre mediante la interacción con la corteza. Esto provoca que los minerales de sulfuro presentes sean inmiscibles y precipiten cuando el fundido cristaliza. [ 16 ] [ 17 ] Los depósitos de sulfuros magmáticos se pueden subdividir en dos grupos según su elemento de mena dominante:
  • Las cromitas estratiformes están fuertemente vinculadas a los depósitos de sulfuros magmáticos de PGE. [ 18 ] Estas intrusiones altamente máficas son una fuente de cromita , el único mineral de cromo . [ 19 ] Reciben este nombre debido a su forma estratiforme y a su formación mediante la inyección magmática en capas dentro de la roca huésped. El cromo generalmente se encuentra en la base de la intrusión. Se encuentran típicamente en intrusiones de cratones continentales, siendo el ejemplo más famoso el Complejo Bushveld en Sudáfrica. [ 18 ] [ 20 ]
  • Las cromititas podiformes se encuentran en rocas oceánicas ultramáficas resultantes de una compleja mezcla de magmas. [ 21 ] Se alojan en capas ricas en serpentina y dunita y son otra fuente de cromita. [ 19 ]
  • Las kimberlitas son una fuente primaria de diamantes. Se originan a profundidades de 150  km en el manto y están compuestas principalmente de xenocristales corticales , altas cantidades de magnesio, otros oligoelementos, gases y, en algunos casos, diamantes. [ 22 ]
Fragmento de kimberlita. 11,1 cm x 4,5 cm

Depósitos metamórficos

Se trata de depósitos minerales que se forman como resultado directo del metamorfismo.

Yacimientos de pórfido de cobre

Estas son la principal fuente de mineral de cobre. [ 27 ] [ 28 ] Los depósitos de cobre porfídico se forman a lo largo de límites convergentes y se cree que se originan a partir de la fusión parcial de placas oceánicas subducidas y la posterior concentración de Cu, impulsada por la oxidación. [ 28 ] [ 29 ] Estos son depósitos grandes, redondos y diseminados que contienen en promedio 0,8 % de cobre en peso. [ 5 ]

Hidrotermal

Sección transversal de un yacimiento típico de mineral de sulfuro masivo volcanogénico (VMS).

Los depósitos hidrotermales son una importante fuente de mineral. Se forman como resultado de la precipitación de los componentes disueltos del mineral a partir de fluidos. [ 1 ] [ 30 ]

  • Los depósitos de tipo valle del Misisipi (MVT) se precipitan a partir de fluidos salinos basales relativamente fríos dentro de estratos carbonatados. Estos son fuentes de mena de sulfuro de plomo y zinc . [ 31 ]
  • Los depósitos estratiformes de cobre alojados en sedimentos (SSC, por sus siglas en inglés) se forman cuando los sulfuros de cobre precipitan de fluidos salinos en cuencas sedimentarias cerca del ecuador. [ 27 ] [ 32 ] Estos son la segunda fuente más común de mineral de cobre después de los depósitos de cobre porfídico, y suministran el 20% del cobre mundial, además de plata y cobalto. [ 27 ]
  • Los depósitos de sulfuros masivos volcanogénicos (VMS) se forman en el fondo marino por precipitación de soluciones ricas en metales, típicamente asociadas con actividad hidrotermal. Suelen presentarse como un gran montículo rico en sulfuros sobre sulfuros y vetas diseminados. Los depósitos VMS son una fuente importante de zinc (Zn), cobre (Cu), plomo (Pb), plata (Ag) y oro (Au). [ 33 ]
    Mineral de oro (tamaño: 7,5 × 6,1 × 4,1  cm)
  • Los depósitos de sulfuros exhalativos sedimentarios (SEDEX) son un mineral de sulfuro de cobre que se forma de la misma manera que los VMS a partir de salmueras ricas en metales, pero se encuentran dentro de rocas sedimentarias y no están directamente relacionados con el vulcanismo. [ 25 ] [ 34 ]
  • Los depósitos de oro orogénicos constituyen una fuente importante de oro, ya que el 75 % de la producción mundial proviene de ellos. Su formación se produce durante la etapa final de la orogénesis ( véase orogenia ), donde el metamorfismo fuerza a los fluidos auríferos a entrar en diaclasas y fracturas, donde precipitan. Estos depósitos suelen estar fuertemente correlacionados con vetas de cuarzo. [ 1 ]
  • Los depósitos de vetas epitermales se forman en la corteza superficial a partir de la concentración de fluidos portadores de metales en vetas y redes donde las condiciones favorecen la precipitación. [ 25 ] [ 19 ] Estos depósitos relacionados con la actividad volcánica son una fuente de mineral de oro y plata, los precipitantes primarios. [ 19 ]

Depósitos sedimentarios

Vista ampliada de una muestra de formación de hierro bandeado procedente del Alto Michigan. La barra de escala mide 5,0 mm.

Las lateritas se forman por la meteorización de rocas altamente máficas cerca del ecuador. Pueden formarse en tan solo un millón de años y son una fuente de hierro (Fe), manganeso (Mn) y aluminio (Al). [ 35 ] También pueden ser una fuente de níquel y cobalto cuando la roca madre está enriquecida en estos elementos. [ 36 ]

Las formaciones de hierro bandeado (BIF) presentan la mayor concentración de cualquier metal individual. [ 1 ] Están compuestas por capas de sílex que alternan entre altas y bajas concentraciones de hierro. [ 37 ] Su deposición ocurrió en las primeras etapas de la historia de la Tierra, cuando la composición atmosférica era significativamente diferente a la actual. Se cree que el agua rica en hierro ascendió, donde se oxidó a Fe (III) en presencia de plancton fotosintético primitivo que producía oxígeno. Este hierro precipitó y se depositó en el fondo oceánico. Se cree que el bandeado es resultado de cambios en la población de plancton. [ 38 ] [ 39 ]

El cobre alojado en sedimentos se forma a partir de la precipitación de una salmuera oxidada rica en cobre en rocas sedimentarias. Estas son una fuente de cobre principalmente en forma de minerales de sulfuro de cobre. [ 40 ] [ 41 ]

Los depósitos aluviales son el resultado de la meteorización, el transporte y la posterior concentración de un mineral valioso por acción del agua o el viento. Suelen ser fuentes de oro (Au), elementos del grupo del platino (EGP), minerales sulfurados , estaño (Sn), tungsteno (W) y elementos de tierras raras (ETR). Un depósito aluvial se considera aluvial si se forma por un río, coluvial si se forma por gravedad y eluvial cuando se encuentra cerca de su roca madre. [ 42 ] [ 43 ]

nódulos de manganeso

Los nódulos polimetálicos , también llamados nódulos de manganeso, son concreciones minerales en el fondo marino formadas por capas concéntricas de hidróxidos de hierro y manganeso alrededor de un núcleo. [ 44 ] Se forman por una combinación de precipitación diagenética y sedimentaria a una tasa estimada de aproximadamente un centímetro durante varios millones de años. [ 45 ] El diámetro promedio de un nódulo polimetálico es de entre 3 y 10 cm (1 y 4 pulgadas) y se caracterizan por un enriquecimiento en hierro, manganeso, metales pesados ​​y elementos de tierras raras en comparación con la corteza terrestre y los sedimentos circundantes. La propuesta de extracción de estos nódulos mediante robots de arrastre de fondo oceánico operados remotamente ha generado una serie de preocupaciones ecológicas. [ 46 ] 

Extracción

Vagoneta minera en exhibición en el Archivo Histórico y Museo de la Minería en Pachuca , México.
Algunos yacimientos minerales del mundo
Algunos depósitos de mineral adicionales en el mundo

La extracción de depósitos minerales generalmente sigue estos pasos. [ 4 ] La progresión de las etapas 1 a 3 implicará una descalificación continua de cuerpos minerales potenciales a medida que se obtiene más información sobre su viabilidad: [ 47 ]

  1. Prospección para encontrar la ubicación de un yacimiento mineral. La etapa de prospección generalmente incluye cartografía, técnicas de prospección geofísica (prospecciones aéreas y/o terrestres ), muestreo geoquímico y perforación preliminar. [ 47 ] [ 48 ]
  2. Tras el descubrimiento de un yacimiento, se lleva a cabo una exploración para definir su extensión y valor mediante técnicas adicionales de mapeo y muestreo, como la perforación diamantina dirigida para interceptar el cuerpo mineralizado potencial. Esta etapa de exploración determina la ley del mineral, el tonelaje y si el yacimiento constituye un recurso económicamente viable. [ 47 ] [ 48 ]
  3. Un estudio de factibilidad considera las implicaciones teóricas de la posible operación minera para determinar si se debe proceder con el desarrollo. Esto incluye evaluar la porción económicamente recuperable del yacimiento, la comercialización y la rentabilidad de los concentrados de mineral, los costos de ingeniería, molienda e infraestructura, los requisitos de financiamiento y capital, los posibles impactos ambientales, las implicaciones políticas y un análisis integral del ciclo de vida, desde la excavación inicial hasta la rehabilitación . [ 47 ] Varios expertos de diferentes campos deben aprobar el estudio antes de que el proyecto pueda pasar a la siguiente etapa. [ 4 ] Dependiendo del tamaño del proyecto, a veces se realiza primero un estudio de prefactibilidad para determinar el potencial preliminar y si se justifica un estudio de factibilidad completo, mucho más costoso. [ 47 ]
  4. El desarrollo comienza una vez que se ha confirmado la viabilidad económica de un yacimiento mineral e implica pasos para preparar su extracción, como la construcción de una planta minera y equipos. [ 4 ]
  5. La producción puede entonces comenzar y es la operación de la mina en un sentido activo. El tiempo que una mina está activa depende de sus reservas restantes y rentabilidad. [ 4 ] [ 48 ] El método de extracción utilizado depende completamente del tipo de depósito, la geometría y la geología circundante. [ 49 ] Los métodos se pueden clasificar generalmente en minería de superficie, como la minería a cielo abierto o la minería en franjas , y minería subterránea, como el hundimiento de bloques , el corte y relleno, y la explotación por cámaras . [ 49 ] [ 50 ]
  6. La recuperación , una vez que la mina deja de estar operativa, hace que el terreno donde antes se ubicaba la mina sea apto para su uso futuro. [ 48 ]

Dado que las tasas de descubrimiento de minerales han disminuido constantemente desde mediados del siglo XX, se cree que la mayoría de las fuentes superficiales y de fácil acceso se han agotado. Esto significa que se deben buscar depósitos de menor ley y desarrollar nuevos métodos de extracción. [ 1 ]

Peligros

Algunos minerales contienen metales pesados , toxinas, isótopos radiactivos y otros compuestos potencialmente negativos que pueden representar un riesgo para el medio ambiente o la salud. Los efectos exactos de un mineral y sus relaves dependen de los minerales presentes. Los relaves de particular preocupación son los de minas antiguas, ya que los métodos de contención y remediación en el pasado eran prácticamente inexistentes, lo que provocó altos niveles de lixiviación en el medio ambiente circundante. [ 5 ] El mercurio y el arsénico son dos elementos relacionados con el mineral que generan especial preocupación. [ 51 ] Otros elementos que se encuentran en el mineral y que pueden tener efectos adversos para la salud de los organismos incluyen hierro, plomo, uranio, zinc, silicio, titanio, azufre, nitrógeno, platino y cromo. [ 52 ] La exposición a estos elementos puede provocar problemas respiratorios y cardiovasculares y problemas neurológicos. [ 52 ] Estos son particularmente peligrosos para la vida acuática si se disuelven en el agua. [ 5 ] Los minerales como los de sulfuro pueden aumentar gravemente la acidez de su entorno inmediato y del agua, con numerosos impactos duraderos en los ecosistemas. [ 5 ] [ 53 ] Cuando el agua se contamina, puede transportar estos compuestos lejos del sitio de relaves, aumentando considerablemente el área afectada. [ 52 ]

Los minerales de uranio y los que contienen otros elementos radiactivos pueden representar una amenaza significativa si se abandonan y la concentración de isótopos aumenta por encima de los niveles de fondo. La radiación puede tener impactos ambientales graves y duraderos, y causar daños irreversibles a los organismos vivos. [ 54 ]

Historia

La metalurgia comenzó con el trabajo directo de metales nativos como el oro, el plomo y el cobre. [ 55 ] Los depósitos aluviales, por ejemplo, habrían sido la primera fuente de oro nativo. [ 6 ] Los primeros minerales explotados fueron óxidos de cobre como la malaquita y la azurita, hace más de 7000 años en Çatalhöyük . [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] Estos eran los más fáciles de trabajar, con una minería relativamente limitada y requisitos básicos para la fundición. [ 55 ] [ 58 ] Se cree que alguna vez fueron mucho más abundantes en la superficie que en la actualidad. [ 58 ] Después de esto, se habría recurrido a los sulfuros de cobre a medida que se agotaban los recursos de óxido y avanzaba la Edad de Bronce. [ 55 ] [ 59 ] La producción de plomo a partir de la fundición de galena también pudo haber ocurrido en este momento. [ 6 ]

La fundición de sulfuros de arsénico y cobre habría producido las primeras aleaciones de bronce. [ 56 ] Sin embargo, la mayor parte de la creación de bronce requería estaño, y por lo tanto, comenzó la explotación de la casiterita, la principal fuente de estaño. [ 56 ] Hace unos 3000 años, comenzó la fundición de minerales de hierro en Mesopotamia . El óxido de hierro es bastante abundante en la superficie y se forma a partir de diversos procesos. [ 6 ]

Hasta el siglo XVIII, el oro, el cobre, el plomo, el hierro, la plata, el estaño, el arsénico y el mercurio eran los únicos metales que se extraían y utilizaban. [ 6 ] En las últimas décadas, los elementos de tierras raras se han explotado cada vez más para diversas aplicaciones de alta tecnología. [ 60 ] Esto ha dado lugar a una búsqueda cada vez mayor de mena de REE y de nuevas formas de extraer dichos elementos. [ 60 ] [ 61 ]

Comercio

Los minerales (metales) se comercializan internacionalmente y representan una parte considerable del comercio internacional de materias primas , tanto en valor como en volumen. Esto se debe a que la distribución mundial de los minerales es desigual y se encuentra dispersa, lejos de las zonas de máxima demanda y de la infraestructura de fundición.

La mayoría de los metales básicos (cobre, plomo, zinc, níquel) se negocian internacionalmente en la Bolsa de Metales de Londres , mientras que las reservas y los mercados de metales más pequeños son supervisados ​​por las bolsas COMEX y NYMEX en Estados Unidos y la Bolsa de Futuros de Shanghái en China. El mercado mundial del cromo está actualmente dominado por Estados Unidos y China. [ 62 ]

El mineral de hierro se comercializa entre el cliente y el productor, si bien los principales conglomerados mineros y los principales consumidores establecen diversos precios de referencia trimestralmente, lo que sienta las bases para la participación de agentes más pequeños.

Otros productos básicos, de menor importancia, carecen de cámaras de compensación internacionales y precios de referencia, y la mayoría de los precios se negocian directamente entre proveedores y clientes. Esto suele dificultar y hacer opaco el cálculo del precio de estos minerales. Entre estos metales se incluyen el litio , el niobio - tantalio , el bismuto , el antimonio y las tierras raras . La mayoría de estos productos básicos están dominados por uno o dos grandes proveedores que controlan más del 60 % de las reservas mundiales. Actualmente, China lidera la producción mundial de elementos de tierras raras. [ 63 ]

El Banco Mundial informa que China fue el principal importador de minerales y metales en 2005, seguido de Estados Unidos y Japón. [ 64 ]

Minerales importantes

Para descripciones petrográficas detalladas de los minerales de mena, consulte las Tablas para la determinación de minerales opacos comunes de Spry y Gedlinske (1987). [ 65 ] A continuación se muestran los principales minerales de mena económicamente relevantes y sus yacimientos, agrupados por elementos primarios.

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

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