CAPÍTULO 9: GEOLOGÍA DE YACIMIENTOS MINERALES

Los minerales que buscamos tienen valor económico y, a veces, pueden encontrarse en tal concentración y cantidad que pueden ser extraídos con beneficio y ser utilizarlos para diversos fines. La masa rocosa con el mineral que queremos extraer constituye el yacimiento. El yacimiento contiene minerales de mena, los que buscamos, y minerales de ganga, los que no deseamos. Los minerales de mena se convierten en el producto de la mina, ya sea metal o concentrado. Los minerales de ganga se convierten en relaves almacenados en una instalación. Otras rocas y suelos sobre y alrededor del yacimiento, que necesitamos mover, se convierten en roca estéril y pilas de desmonte.

Los minerales que deseamos de la mina tienen un valor, y este valor financia toda la protección medioambiental necesaria en ella. Los minerales que no deseamos, al estar almacenados en una instalación, alteran el medio ambiente y pueden causar graves impactos medioambientales. Por lo tanto, la geología del yacimiento es fundamental para todos los aspectos de la gestión medioambiental de una mina. Las características y propiedades, la química y mineralogía del yacimiento determinan cómo la roca estéril y los relaves afectarán el medio ambiente. Estas mismas características determinan también cómo se generan y se ponen a disposición los recursos para la protección medioambiental, el cierre y rehabilitación de la mina.

Además de los minerales generados en la mina, su principal propósito, la mina puede también contribuir a la generación de impuestos, empleo y desarrollo económico. La probabilidad de obtener estos beneficios adicionales también depende en gran medida de la geología del yacimiento.

Extraemos muchas materias primas de la corteza terrestre con las que construimos y sustentamos nuestra sociedad. Extraemos minerales y rocas de las minas, hidrocarburos líquidos y gaseosos, y aguas subterráneas mediante bombeo o de donde ascienden a la superficie por su propia presión, así como el calor de las rocas como energía geotérmica, etc. Un yacimiento mineral es “aquello que se extrae”. Sin embargo, no todos los recursos minerales se extraen: parte del uranio se obtiene mediante extracción por lixiviación in situ, que implica bombear disolvente a través de rocas que contienen uranio, específicamente areniscas, y algunos metales se extraen de salmueras bombeadas de sedimentos que subyacen a salares o lagos salados. Las definiciones precisas del término se basan en la economía más que en la geología.

¿Qué es un yacimiento mineral? “Un mineral es una roca que puede ser, se espera que sea, será, es o ha sido minada; y de la cual se puede (o se ha) extraído algo de valor.”. (Taylor, 1989, Ore reserves – a general overview. Mining industry international, vol. 990, pp. 5–12.)

Un yacimiento mineral puede incluir menas de metales (Cu, Zn, Pb, etc.); de piedras preciosas; menas de minerales utilizados como materia prima para la producción de productos químicos industriales, por ejemplo, abrasivos y productos refractarios que contienen aluminio; menas de minerales utilizados en productos industriales, como por ejemplo el diamante, que es a la vez una piedra preciosa y un mineral industrial; roca utilizada como agregado, para piedra de construcción; carbón y esquisto bituminoso.

Cátodo de cobre con una concentración de aproximadamente 99,995% de cobre metal. Foto: Jonathan Hamisi.

Yacimiento

Un yacimiento mineral consta de uno o más cuerpos minerales. Un cuerpo mineral es una masa de roca que contiene mena mineral y de la cual se extraerá un producto de valor. No toda la mena dentro de un cuerpo mineral será extraída. Los cuerpos minerales se dividen en reservas y recursos. Las reservas son menas cuya extracción es factible económicamente y para las cuales no existen impedimentos legales ni de ingeniería para su minado, mientras que los recursos son menas que potencialmente podrían extraerse en algún momento en el futuro. Las restricciones de ingeniería son uno de los factores que influirán en qué mineral es rentable extraer (Fig. 1). El minado de un cuerpo mineral puede realizarse desde un curso de agua, una mina a cielo abierto, una mina subterránea o una combinación de ambas.

Mina de cobre de Skouriotissa – mina a cielo abierto, Chipre. Foto: Jonathan Hamisi.

Procesamiento o extracción de minerales

Los depósitos minerales contienen minerales de mena mezclados con otros minerales "no valiosos" llamados minerales de ganga, de los cuales se separará la mena mediante el procesamiento del mineral. El procesamiento del mineral incluye molienda, para separar los diferentes minerales constituyentes. Posteriormente, una separación química llamada flotación permite separar los minerales de mena de interés económico de los minerales de ganga. Los minerales de mena de metales pueden ser ‘nativos’, sin embargo, a menudo son compuestos químicos en los que los metales están ligados a otros constituyentes de los cuales deben extraerse. De manera similar, varios minerales industriales requieren ser procesados antes de la venta. Los métodos de procesamiento de mineral mediante flotación, refinado y extracción se eligen en función de la mineralogía de la mena y de las características químicas y físicas del mineral, y es el propósito principal de la metalurgia extractiva (Fig. 2). Los minerales de mena importantes incluyen metales nativos, sulfuros, sulfosales, óxidos e hidróxidos, así como silicatos específicos, carbonatos y minerales de otras clases (Tabla 1).

Yacimientos – Una perspectiva geológica

Una roca se convierte en ‘mena’ cuando resulta económico extraerla de un yacimiento determinado. Los costos de extracción varían según la ubicación del yacimiento, su posición (con inclinación pronunciada o relativamente horizontal) y estructura, el tipo de roca y la mineralogía. El costo operativo de la minería es proporcional al volumen de rocas que se deben mover y procesar. La ganancia se obtiene según el tonelaje del producto vendido. Los precios suelen fijarse por toneladas, kilogramos, gramos, onzas, etc. Considerando iguales todos los demás factores (por ejemplo, la mineralogía), los costos de extracción de un producto por masa son, en una primera aproximación, inversamente proporcionales a la concentración (ley) del elemento en la roca. En general, la extracción más rentable se realiza a partir de minerales con una alta concentración del metal extraído en rocas de alta ley.

Tabla 1: Tabla de minerales comunes selectos. Modificado de Ridley, J. (2013) “What is an ore deposit?,” in Ore Deposit Geology. Cambridge: Cambridge University Press.

La importancia del tamaño del yacimiento

Las operaciones mineras pequeñas y de corta duración, tales como stockworks de vetas estrechas, suelen ser típicamente cuerpos minerales de aproximadamente 1 Mt. Valga como ilustración que equivaldría a un cubo de roca de unos 75 m de ancho; si bien el volumen dependería de la densidad de la roca. Los yacimientos más grandes suelen tener unas cuantas gigatoneladas, equivalentes a una corta de unos kilómetros de longitud y varios cientos de metros de profundidad. Independientemente del tipo de metal y tipo de yacimiento, el tamaño de cuerpos minerales varía, a menudo, entre dos o tres órdenes de magnitud.

Factores geológicos que afectan la economía de la extracción de minerales

La ley y el tamaño del yacimiento mineral no son los únicos factores decisivos para su explotación. Otros factores, como el contexto geológico y social, y el costo de extracción del metal, son importantes y varían de un yacimiento a otro. Un factor importante en la economía minera es la cantidad de desmonte o estéril que se requiere extraer para acceder a los cuerpos minerales.

Factores geológicos adicionales que afectan la Economía incluyen:

Forma y profundidad del depósito

Yacimientos minerales planos y cercanos a la superficie terrestre son los más económicos de minar. En general, cuerpos minerales con forma subesférica son más fáciles y económicos de extraer que una veta delgada de stockwork. De igual manera, la minería a cielo abierto es más económica que la minería subterránea. Sin embargo, si una operación genera una mayor proporción de roca estéril respecto a la mena (ratio de desmonte), el yacimiento generalmente se extrae a cielo abierto en lugar de una operación subterránea. Sin embargo, es común utilizar un método combinado: a cielo abierto para la parte superior de los cuerpos minerales y minería subterránea para las partes más profundas de los mismos.

Mineralogía y textura de la mena

Ambos tienen un efecto significativo en el costo de minado y procesamiento del mineral. En ocasiones, la presencia de elementos nocivos en la mena incrementa el costo de procesamiento, por ejemplo, el fósforo en los minerales de hierro.

Yacimientos de menas polimetálicas

La presencia de coproductos y/o subproductos afecta la economía de la operación minera. Los coproductos se definen a menudo como aquellos metales adicionales que tienen un mayor control sobre la viabilidad económica de una mina; y los subproductos como los metales que se extraen del mineral o los desechos minados y molidos si los costos de extracción metalúrgica son favorables, pero que no afectan significativamente la economía de toda la operación minera. A menudo, los subproductos suelen terminar en los relaves. La distinción entre ambas categorías no está bien definida; sin embargo, muchas minas producen múltiples materias primas, y algunos metales, que solo se extraen para mercados especializados de pequeño volumen, se extraen íntegramente como subproductos (p. ej., Sc, Te).

Tipos y modelos de yacimientos

La investigación geológica ha permitido definir tipos genéticos de menas o “modelos” genéticos de menas, a través de observaciones empíricas e interpretación de procesos geológicos que conducen a la formación de yacimientos minerales.

Un modelo de yacimiento mineral es un estándar conceptual y/o empírico, idealmente una población de fenómenos naturales, que incorpora tanto las características descriptivas del tipo de yacimiento, el ambiente más amplio que contiene el mineral, y una explicación de estas características en términos de procesos geológicos y, por ende, de procesos químicos y físicos. (Hodgson, 1987)

Los modelos genéticos buscan explicar la formación de los yacimientos (Fig. 5). Al ser el resultado de la racionalización del conocimiento, constituyen una forma eficaz de organizar los datos de forma que mejore la comprensión, predicción y comunicación. Si bien la génesis del mineral o los procesos geológicos que conducen a la formación de un yacimiento rara vez afectan su explotación una vez definido (posición, ley, tonelaje y mineralogía), esta información es importante en la industria de la exploración y la extracción de minerales durante la exploración y la evaluación de yacimientos. Los modelos de yacimientos minerales son un componente fundamental de la comunicación en la industria y proporcionan una herramienta para la exploración y la evaluación de yacimientos.

Un modelo genético explicará por qué un yacimiento mineral se encuentra en un entorno geológico y tectónico específico (fig. 5), y los procesos geoquímicos y estructurales involucrados en su formación. Los modelos sirven como herramienta para guiar dónde buscar un tipo de yacimiento dado en la Tierra en su conjunto y, cuando se combinan con el conocimiento de la geología local y la historia geológica, a una escala mucho menor, dentro de una licencia de exploración. Un modelo proporciona una descripción y explicación de las apariencias y formas de los cuerpos minerales. Éstas son una información necesaria para guiar la evaluación efectiva de un prospecto, tales como el mejor posicionamiento de los pozos de perforación. Un modelo toma en consideración la mineralogía de la mena y proporciona un marco necesario para evaluar, por ejemplo, qué coproductos pueden estar presentes, qué leyes de mineral se pueden esperar y qué método de extracción de metales puede ser el mejor.

Tipos de yacimientos minerales y ejemplos de consideraciones ambientales

Entorno tectónico	Tipo de yacimiento	Subtipo de yacimiento	Asociación metálica principal	Entorno geológico; principales rocas asociadas	Tamaño de yacimiento	Principales problemas medioambientales potenciales selectos
Márgenes convergentes	Sistemas de pórfido	Pórfido	Cu±Au±Mo	Arco continental y arco de isla; calco-alcalinas a alcalinas intermedias Arco continental y arco de isla; calco-alcalinas intermedias, algunas de pos-arco (pobres en sulfuros), bimodales félsicas-máficas Arco continental y arco de isla; rocas carbonatadas Arco continental y arco de isla; secuencias carbonatadas Arco continental y arco de isla;	A menudo grandes volúmenes / baja ley	DAR, reasentamiento a gran escala, enormes volúmenes de relaves y desechos almacenados
		Epitermal	Au-Ag-As-Hg- (Pb-Zn)		Diferentes tamaños	DAR
		Skarn	Fe, Cu, Au, Zn, W-Sn, Mo		Diferentes tamaños	DAR
		Reemplazamientos en carbonatos / Emplazados en carbonatos impuros (Carlin)	Zn-Pb-Ag Au-As			DAR
	Óxido de hierro -apatito (IOA)		Fe-P ± (U, REE)	Arco continental, cuencas de rift pos-arco/márgenes continentales en extensión	Diferentes tamaños	Reasentamiento a gran escala, enormes volúmenes de relaves y desechos almacenados
	Óxido de hierro Cu-Au (IOCG)	Múltiples variaciones	Fe±Cu-Au± U±REE	Ambiente transpresional a extensional (márgenes cratónicos complejos en yacimientos más antiguos; variedad de encajonantes Ante-arco, pos-arco, cuña de acreción; (facies de esquistos verdes)	Grandes o pequeños volúmenes	DAR
	Au orogénico	Au-As	Au-As		Diferentes tamaños	DAR, relaves muy ácidos (bajo pH), a menudo altos contenidos de As
Centro de expansión de fondo oceánico y extensión de margen convergente	Sulfuros masivos emplazados en rocas volcánicas (VMS)	Chipre / Kuroko	Cu-Pb-Zn ± Ag, Au	Dorsal medio-oceánica (Chipre); bimodal máfico, máfico	Lenticulares grandes o pequeños	DAR, gran cantidad de minerales sulfurados
				Pos-arco (Kuroko); bimodal félsico, siliciclástico
Cuenca de ante-arco	Tipo Mississippi Valley (MVT)		Pb-Zn±Ba±F	Cuenca de ante-arco pos-colisión; Emplazados en carbonatos de plataforma	Diferentes tamaños	DAR
Rifts, cuencas de subsidencia, márgenes pasivos	Estratiformes de Cu, U emplazados en sedimentos	Depósitos de frente disconforme en areniscas	Cu±Co±Ag	Cuenca de rift intracratónica; areniscas rojas, unidades carbonáceas, evaporitas Cuenca sedimentaria; frente de oxido-reducción, contactos	Diferentes tamaños	DAR, reasentamiento a gran escala, enormes volúmenes de relaves y desechos almacenados
						DAR
			U±Au±Co±Mo± Se±Ni U±V±Mo	Cuencas cerradas; frentes de avance de oxido-reducción, contactos Margen pasivo, pos-arco y rift continental, cuencas de subsidencia; pizarras y rocas carbonatadas	Diferentes tamaños	DAR
	Zn-Pb predominantemente en clásticos (o tipo SEDEX)		Pb-Zn±Cu± Ag±As±Bi		Diferentes tamaños	DAR
	Formaciones bandeadas de hierro	BIF tipo Algoma (Arqueano/Neoproterozoico) BIF tipo Superior (Paleoproterozoico) BIF tipo Rapitan (Neoproterozoico)	Fe-(P)	Margen pasivo, cuencas profundas; facies carbonatadas y silíceas	Cuerpos continuos extensos / a menudo de alta ley	Enormes volúmenes de relaves y desechos almacenados, transformación significativa del paisaje
	Sedimentos ricos en Mn		Mn-(Fe)	Plataforma abierta	Diferentes tamaños
Plataforma de margen pasivo	Fosforitas		P-(U, REE, Se, Mo, Zn, Cr)	Plataforma de mar epeírico	Diferentes tamaños
Gran provincia ígnea (oceánica o continental)	Sulfuros de Ni	Komatiita	Ni±Cu±PGE	Cinturones de rocas verdes; Pluma ultramáfica; cuenca sedimentaria	Diferentes tamaños	DAR
		Intrusiones máficas	Ni-Cu-PGE±Co±Au			DAR
Cratón o margen cratónico	Lopolito		PGE-Ni±Cu; Cr	Pluma ultramáfica, cratón	Diferentes tamaños	DAR
	Chimenea		Diamante	Cratones; kimberlitas	Diferentes tamaños
Superficie terrestre	Lateritas de Al, Ni		Al	Granito-gabro, arcosa	Diferentes tamaños	Enormes volúmenes de relaves y desechos almacenados, transformación significativa del paisaje
			Ni-Co	Ultramáfica	Diferentes tamaños	Enormes volúmenes de relaves y desechos almacenados, transformación significativa del paisaje
	Placer (paleo-placer)		Au±U; Zr-Ti; diamante	Fluvial, marine	Diferentes tamaños	Perturbación de sedimentos en arroyos, poniendo en peligro directo la vida acuática

Tabla 2. Modificada a partir de Arndt et al. (2017) Future Global Mineral Resources. Geochemical Perspectives ; 6 (1): 1–2.

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