La minería de salmuera es la extracción de materiales útiles ( elementos químicos o compuestos ) que se encuentran disueltos de forma natural en la salmuera . La salmuera puede ser agua de mar , otras aguas superficiales , aguas subterráneas o soluciones hipersalinas de varias industrias (por ejemplo, industrias textiles). [1] Se diferencia de la minería en solución o la lixiviación in situ en que esos métodos inyectan agua o productos químicos para disolver materiales que se encuentran en estado sólido; en la minería de salmuera, los materiales ya están disueltos.
Las salmueras son fuentes importantes de sal común ( NaCl ), calcio , yodo , litio , magnesio , potasio , bromo y otros materiales, y son fuentes potencialmente importantes de muchos otros. La extracción de salmuera apoya los esfuerzos de minimización de desechos y recuperación de recursos. [2]
Alrededor del año 500 a. C., los antiguos chinos cavaron cientos de pozos de salmuera, algunos de los cuales tenían más de 100 metros (330 pies) de profundidad. Se perforaron grandes depósitos de salmuera bajo la superficie de la tierra perforando pozos. [3] Se erigieron torres de bambú, de estilo similar a las torres de perforación de petróleo de la actualidad. [4] El bambú se utilizó para cuerdas, revestimientos y torres de perforación, ya que era resistente a la sal. [5] Se colgaban cuñas de hierro de una herramienta de cable de bambú unida a una palanca en una plataforma construida sobre la torre. Las torres de perforación requerían que dos o tres hombres saltaran sobre y desde la palanca que movía la cuña de hierro clavada en el suelo para cavar un hoyo lo suficientemente profundo en el suelo como para golpear la salmuera. [5] [4]
Las salmueras comerciales incluyen tanto aguas superficiales (agua de mar y lagos salinos) como aguas subterráneas (salmueras poco profundas debajo de lagos salinos o secos, y salmueras profundas en cuencas sedimentarias). La salmuera que se extrae a la superficie mediante pozos de energía geotérmica suele contener altas concentraciones de minerales, pero actualmente no se utiliza para la extracción comercial de minerales.
El agua de mar se ha utilizado como fuente de sal marina desde tiempos prehistóricos y, más recientemente, de magnesio y bromo. El potasio se recupera a veces del avetoro que queda después de la precipitación de la sal. A menudo se describe a los océanos como un recurso inagotable.
Existen muchos lagos salinos con una salinidad mayor que la del agua de mar, lo que los hace atractivos para la extracción de minerales. Algunos ejemplos son el Mar Muerto y el Gran Lago Salado. Además, algunos lagos salinos, como el lago Natron en África Oriental, tienen una composición química muy diferente a la del agua de mar, lo que los convierte en fuentes potenciales de carbonato de sodio.
El agua subterránea debajo de lagos salinos o secos a menudo contiene salmueras con una química similar a la de los lagos o antiguos lagos.
La composición química de las salmueras poco profundas que se utilizan para la extracción de minerales a veces se ve influida por las aguas geotermales. Esto es así en el caso de varias salmueras poco profundas del oeste de Estados Unidos, como la del lago Searles, en California.
Las plantas de energía geotérmica a menudo traen salmuera a la superficie como parte de la operación. Esta salmuera generalmente se reinyecta en el suelo, pero se han realizado algunos experimentos para extraer minerales antes de la reinyección. La salmuera traída a la superficie por las plantas de energía geotérmica se ha utilizado en plantas piloto como fuente de sílice coloidal ( Wairakei , Nueva Zelanda, y Mammoth Lakes, California), y como fuente de zinc ( Salton Sea , California). [6] El boro se recuperó alrededor de 1900 del vapor geotérmico en Larderello, Italia. También se ha investigado la recuperación de litio. [7] Pero a partir de 2015, no existe una recuperación sostenida de minerales a escala comercial de la salmuera geotérmica. [8]
La concentración de sólidos disueltos en aguas subterráneas profundas varía desde mucho menos que el agua de mar hasta diez veces los sólidos disueltos totales del agua de mar. En general, las concentraciones de sólidos disueltos totales (TDS) aumentan con la profundidad. La mayoría de las aguas subterráneas profundas clasificadas como salmueras (que tienen sólidos disueltos totales iguales o mayores que los del agua de mar) son predominantemente de tipo cloruro de sodio. Sin embargo, el predominio de cloruro generalmente aumenta con el aumento de TDS, a expensas del sulfato. La relación de calcio a sodio generalmente aumenta con la profundidad. [9]
La presencia de agua subterránea con TDS más altos que el agua de mar se debe en algunos casos al contacto con lechos de sal. Sin embargo, con mayor frecuencia se piensa que el TDS más alto de los sedimentos profundos es el resultado de que los sedimentos actúan como membranas semipermeables. A medida que los sedimentos se compactan bajo la presión del enterramiento, las especies disueltas son menos móviles que el agua, lo que resulta en concentraciones de TDS más altas que el agua de mar. Las especies bivalentes como el calcio (Ca +2 ) son menos móviles que las especies univalentes como el sodio (Na + ), lo que resulta en un enriquecimiento de calcio. La relación de potasio a sodio (K/Na) puede aumentar o disminuir con la profundidad, lo que se piensa que es el resultado del intercambio iónico con los sedimentos. [9]
Varias industrias producen salmueras como subproductos, como la industria láctea, textil, del cuero, del petróleo, etc. De este modo, se pueden extraer y reutilizar materiales útiles. [2] Sin embargo, en las salmueras industriales, otros productos químicos e inhibidores pueden limitar la capacidad de extraer estos materiales útiles. Soluciones innovadoras como la tecnología de desactivación de antiincrustantes (ASDT)
Muchas salmueras contienen más de un producto recuperado. Por ejemplo, la salmuera poco profunda que se encuentra debajo del lago Searles , en California , es o ha sido una fuente de bórax , potasa , bromo , litio , fosfato , carbonato de sodio y sulfato de sodio .
La sal ( cloruro de sodio ) ha sido un producto valioso desde tiempos prehistóricos y su extracción del agua de mar también se remonta a la prehistoria. La sal se extrae del agua de mar en muchos países del mundo, pero la mayor parte de la sal que se comercializa actualmente se extrae de depósitos sólidos de evaporita .
La sal se produce como subproducto de la extracción de potasa de la salmuera del Mar Muerto en una planta en Israel ( Dead Sea Works ) y otra en Jordania (Arab Salt Works). La sal total precipitada por evaporación solar en las plantas del Mar Muerto es de decenas de millones de toneladas anuales, pero muy poca de esa sal se comercializa.
En la actualidad, la sal de las salmueras de aguas subterráneas es generalmente un subproducto del proceso de extracción de otras sustancias disueltas de las salmueras y constituye solo una pequeña parte de la producción mundial de sal. En los Estados Unidos, la sal se recupera de la salmuera superficial del Gran Lago Salado , en Utah, y de una salmuera subterránea poco profunda en el lago Searles , en California.
En 1997, aproximadamente dos tercios de la producción mundial de sulfato de sodio se recuperó de salmuera. Dos plantas en los Estados Unidos, en Searles Lake, California, y Seagraves, Texas , recuperaron sulfato de sodio de salmueras poco profundas debajo de lagos secos.
El carbonato de sodio ( carbonato de sodio ) se recupera de salmueras subterráneas poco profundas en el lago Searles, California. El carbonato de sodio se extraía anteriormente en El Caracol, Ecatepec , en la Ciudad de México , del remanente del lago Texcoco .
Las salmueras que llegan a la superficie mediante la producción de energía geotérmica suelen contener concentraciones de sílice disuelta de unas 500 partes por millón. Varias plantas geotérmicas han realizado pruebas piloto de recuperación de sílice coloidal , incluidas las de Wairakei (Nueva Zelanda), Mammoth Lakes (California) y el mar de Salton (California). Hasta la fecha, la sílice coloidal de la salmuera no ha alcanzado la producción comercial. [6]
La potasa se recupera de la salmuera superficial del Mar Muerto en plantas de Israel y Jordania. En 2013, la salmuera del Mar Muerto proporcionó el 9,2% de la producción mundial de potasa. [14] En 1996, se estimaba que el Mar Muerto contenía 2,05 millones de toneladas de cloruro de potasio, la mayor reserva de salmuera de potasio aparte del océano. [13]
En 2015, las salmueras subterráneas aportaron aproximadamente la mitad de la producción mundial de litio . Mientras que el agua de mar contiene alrededor de 0,17 mg/L (0,00017 g/L), las salmueras subterráneas pueden contener hasta 4.000 mg/L (4,0 g/L), más de cuatro órdenes de magnitud mayor que el agua de mar. Las concentraciones comerciales típicas de litio se encuentran entre 200 y 1.400 mg/L (1,4 g/L).
Las mayores operaciones se realizan en la salmuera superficial debajo del lecho seco del Salar de Atacama en Chile , que en 2015 producía alrededor de un tercio del suministro mundial. Las operaciones de salmuera se realizan principalmente para extraer potasio; la extracción de litio como subproducto comenzó en 1997. [20]
Se cree que la salmuera superficial que se encuentra debajo del Salar de Uyuni en Bolivia contiene el mayor recurso de litio del mundo, que a menudo se estima que representa la mitad o más del recurso mundial. Hasta 2015, no se ha llevado a cabo ninguna extracción comercial, salvo una planta piloto.
Los depósitos comerciales de salmueras de litio poco profundas debajo de lechos de lagos secos tienen las siguientes características en común: [21]
En 2010, Simbol Materials recibió una subvención de 3 millones de dólares del Departamento de Energía de Estados Unidos para un proyecto piloto destinado a demostrar la viabilidad financiera de extraer litio de alta calidad de la salmuera geotérmica . Utiliza salmuera de la planta de energía geotérmica Featherstone de 49,9 megavatios en el Valle Imperial de California . Simbol pasa el fluido extraído de la planta a través de una serie de membranas, filtros y materiales de adsorción para extraer litio. [22]
En 2016, MGX Minerals desarrolló un proceso de diseño patentado (Patente provisional estadounidense n.° 62/419 011) para recuperar potencialmente litio y otros minerales valiosos de la salmuera altamente mineralizada de los yacimientos petrolíferos. La empresa ha adquirido derechos de desarrollo para más de aproximadamente 1,7 millones de acres de formaciones que contienen salmuera en Canadá y Utah. Según MGX, el Consejo de Investigación de Saskatchewan , un laboratorio independiente, verificó la tecnología de extracción de litio-petrolero de MGX Minerals en abril de 2017. [23]
La extracción de litio a partir de pozos geotérmicos es un proyecto en auge en Europa. Los sitios potenciales son Cornualles (Reino Unido), [16] Rhine Graben (Francia, Alemania) [24] y Cesano (Italia). [25] Todos estos sitios tienen una concentración de litio de 200 mg/L o superior. El origen se debe a la interacción con minerales de mica en el granito y/o en las rocas del basamento local. [26] [27] [28]
Searles Valley Minerals recupera boro de salmueras poco profundas debajo del lago Searles, California. Si bien el boro es el producto principal, también se recuperan potasio y otras sales como subproductos.
La salmuera debajo del Salar de Olaroz, Argentina, es una fuente comercial de boro, litio y potasio. [12]
Hacia el año 1900 se recuperó boro del vapor geotérmico en Larderello, Italia. [7]
Las salmueras son una fuente importante de yodo en todo el mundo. Los principales depósitos se encuentran en Japón y Estados Unidos . El yodo se recupera de salmueras profundas bombeadas a la superficie como subproducto de la producción de petróleo y gas natural. El agua de mar contiene alrededor de 0,06 mg/L (6,0 × 10 −5 g/L) de yodo, mientras que las salmueras subterráneas contienen hasta 1.560 mg/L (1,56 g/L), más de cinco órdenes de magnitud mayor que el agua de mar. Se cree que la fuente del yodo es material orgánico en las pizarras , que también forman la roca madre de los hidrocarburos asociados. [29]
La mayor fuente de yodo de la salmuera es Japón, donde se produce agua rica en yodo junto con gas natural. La extracción de yodo comenzó en 1934. En 2013, se informó que siete empresas extraían yodo. [30] Las salmueras de yodo japonesas se producen a partir de sedimentos principalmente marinos cuya antigüedad va del Plioceno al Pleistoceno . La principal zona de producción es el yacimiento de gas de Kanto meridional, en la costa centro-este de Honshu . El contenido de yodo de la salmuera puede llegar a 160 ppm. [31]
Desde 1977, se ha extraído yodo de la salmuera de la arenisca Morrow de la edad de Pensilvania , en lugares de la cuenca de Anadarko , en el noroeste de Oklahoma. La salmuera se encuentra a profundidades de 6.000 a 10.000 pies y contiene alrededor de 300 ppm de yodo. [32]
Toda la producción mundial de bromo se deriva de la salmuera. La mayor parte se recupera de la salmuera del Mar Muerto en plantas de Israel y Jordania, donde el bromo es un subproducto de la recuperación de potasa. Las plantas de los Estados Unidos ( véase: Producción de bromo en los Estados Unidos ), China, Turkmenistán y Ucrania recuperan bromo de salmueras subterráneas. En la India y el Japón, el bromo se recupera como subproducto de la producción de sal marina.
La primera producción comercial de magnesio a partir de agua de mar se registró en 1923, cuando algunas plantas de sal solar alrededor de la Bahía de San Francisco, California, extrajeron magnesio de los avetoros que quedaban después de la precipitación de sal.
La Dow Chemical Company comenzó a producir magnesio a pequeña escala en 1916, a partir de salmuera subterránea profunda en la cuenca de Michigan . En 1933, Dow comenzó a utilizar un proceso de intercambio iónico para concentrar el magnesio en su salmuera. En 1941, impulsada por la necesidad de magnesio para los aviones durante la Segunda Guerra Mundial, Dow puso en marcha una gran planta en Freeport, Texas , para extraer magnesio del mar. Se construyeron otras plantas para extraer magnesio de la salmuera en los EE. UU., incluida una cerca de la planta de Freeport en Velasco . Al final de la Segunda Guerra Mundial, todas cerraron excepto la planta de Freeport, Texas, aunque la planta de Velasco se reactivó durante la Guerra de Corea. [33] La planta de magnesio en Freeport funcionó hasta 1998, cuando Dow anunció que no reconstruiría la unidad después del daño causado por el huracán. [34]
Como el magnesio metálico se extrae de la salmuera mediante un proceso electrolítico, los costes económicos son sensibles al coste de la electricidad. Dow había situado sus instalaciones en la costa de Texas para aprovechar el gas natural barato para la generación de electricidad. En 1951, Norsk Hydro puso en marcha una planta de magnesio a partir de agua de mar en Heroya, Noruega, que se abastecía con energía hidroeléctrica barata. Las dos plantas de magnesio a partir de agua de mar, en Texas y Noruega, proporcionaron más de la mitad del magnesio primario del mundo durante los años 1950 y 1960.
En 2014, el único productor de magnesio metálico primario en los Estados Unidos era US Magnesium LLC, que extraía el metal de la salmuera de la superficie del Gran Lago Salado, en su planta de Rowley, Utah .
La planta Dead Sea Works en Israel produce magnesio como subproducto de la extracción de potasa.
A partir de 2002, CalEnergy extrajo zinc de las salmueras en sus plantas de energía geotérmica en el mar de Salton, California. Cuando alcanzara su máxima producción, la empresa esperaba producir 30.000 toneladas métricas de zinc puro al 99,99% por año, lo que le reportaría aproximadamente la misma ganancia que obtenía de la energía geotérmica. Pero la unidad de recuperación de zinc no rindió como se esperaba y la recuperación de zinc se detuvo en 2004. [6] [35]
Algunas salmueras cercanas a la superficie en el oeste de los Estados Unidos contienen concentraciones anormalmente altas de tungsteno disuelto . Si alguna vez la recuperación resultara económica, algunas salmueras podrían ser fuentes importantes de tungsteno. Por ejemplo, las salmueras debajo del lago Searles, California, con concentraciones de aproximadamente 56 mg/L (0,056 g/L) de tungsteno (70 mg/L (0,070 g/L) de WO 3 ), contienen alrededor de 8,5 millones de toneladas cortas de tungsteno. Aunque el 90% del tungsteno disuelto es técnicamente recuperable mediante resinas de intercambio iónico , la recuperación no es económica. [36] [37]
En 2012, una investigación para el Departamento de Energía de los Estados Unidos, basándose en una investigación japonesa de la década de 1990, probó un método para extraer uranio del agua de mar , que, según concluyeron, podría extraer uranio a un costo de 660 dólares por kilo. Si bien esto seguía siendo cinco veces el costo del uranio del mineral, la cantidad de uranio disuelto en el agua de mar sería suficiente para proporcionar combustible nuclear durante miles de años al ritmo actual de consumo. [39] Bernard L. Cohen demostró que todas las necesidades energéticas del mundo durante 5 mil millones de años podrían ser cubiertas por reactores reproductores alimentados con uranio extraído del agua de mar sin que el costo de la electricidad aumentara hasta en un 1% debido a los costos del combustible. (Teniendo en cuenta que los ríos rellenan los océanos continuamente y la extracción reduciría ligeramente la concentración y, por lo tanto, la tasa de pérdida de depósitos) [40]
Los intentos de extraer oro del agua de mar eran habituales a principios del siglo XX. Muchas personas afirmaban poder recuperar oro del agua de mar de forma económica, pero todas estaban equivocadas o actuaban con intención de engañar. Prescott Jernegan llevó a cabo una estafa de extracción de oro del agua de mar en los Estados Unidos en la década de 1890. Un estafador británico llevó a cabo la misma estafa en Inglaterra a principios de la década de 1900. [41]
Fritz Haber (el inventor alemán del proceso Haber ) realizó investigaciones sobre la extracción de oro del agua de mar en un esfuerzo por ayudar a pagar las reparaciones de Alemania después de la Primera Guerra Mundial . [42] Basándose en los valores publicados de 2 a 64 ppb de oro en agua de mar, parecía posible una extracción comercialmente exitosa. Después del análisis de 4.000 muestras de agua que arrojaron un promedio de 0,004 ppb, a Haber le quedó claro que la extracción no sería posible y detuvo el proyecto. [43]