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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 × 3,0 cm)

El mineral es una roca o sedimento natural que contiene uno o más minerales valiosos concentrados por encima de los niveles de fondo, que generalmente contienen metales , que se pueden extraer, tratar y vender con ganancias. [1] [2] [3] El grado 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 frente al costo de extracción para determinar si es de un grado suficientemente alto como para que valga la pena extraerlo y, por lo tanto, se lo considera un mineral. [4] Un mineral complejo es uno que contiene más de un mineral valioso. [5]

Los minerales de interés son generalmente óxidos , sulfuros , silicatos o metales nativos como el cobre o el oro . [5] Los cuerpos minerales se forman mediante una variedad de procesos geológicos generalmente denominados génesis del mineral y se pueden clasificar según su tipo de depósito. El mineral se extrae de la tierra a través de la minería y se trata o refina , a menudo mediante fundición , para extraer los metales o minerales valiosos. [4] Algunos minerales, dependiendo de su composición, pueden representar amenazas para la salud o los ecosistemas circundantes.

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

Ganga y relaves

En la mayoría de los casos, un mineral no consiste enteramente en 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 mineral 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 gran cantidad, especialmente a partir de depósitos de menor calidad. [5]

Yacimientos de mineral

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

Clasificación

Los yacimientos minerales se clasifican según diversos criterios desarrollados a través del estudio de la geología económica o génesis de los minerales . A continuación se presenta una clasificación 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 grandes cristales de hornblenda. La barra de escala mide 5,0 cm.
Trozo de kimberlita. 11,1 cm x 4,5 cm

Depósitos metamórficos

Son depósitos de mineral 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 pórfido de cobre 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 depósito mineral de sulfuro masivo volcanogénico (VMS) típico

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

Depósitos sedimentarios

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

Las lateritas se forman a partir de la erosión 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 con estos elementos. [36]

Las formaciones de hierro bandeado (BIF, por sus siglas en inglés) son las que presentan la mayor concentración de un solo metal. [1] Están compuestas por capas de sílex que alternan entre concentraciones altas y bajas de hierro. [37] Su deposición ocurrió en los inicios de la historia de la Tierra, cuando la composición atmosférica era significativamente diferente a la actual. Se cree que el agua rica en hierro surgió y se oxidó a Fe (III) en presencia de plancton fotosintético primitivo que producía oxígeno. Luego, este hierro precipitó y se depositó en el fondo del océano. Se cree que las formaciones bandeadas son el resultado de un cambio 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 de placer son el resultado de la erosión, el transporte y la posterior concentración de un mineral valioso a través del agua o el viento. Por lo general, son fuentes de oro (Au), elementos del grupo del platino (PGE), minerales de sulfuro , estaño (Sn), tungsteno (W) y elementos de tierras raras (REE). Un depósito de placer se considera aluvial si se formó a través de un río, coluvial si se formó por gravedad y eluvial cuando está cerca de su roca madre. [42] [43]

Nódulos de manganeso

Los nódulos polimetálicos , también llamados nódulos de manganeso, son concreciones minerales en el fondo del mar 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 alrededor de 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) de diámetro y se caracterizan por un enriquecimiento en hierro, manganeso, metales pesados ​​​​y contenido de elementos de tierras raras en comparación con la corteza terrestre y el sedimento circundante. La minería propuesta de estos nódulos mediante robots de arrastre del fondo oceánico operados a distancia ha planteado una serie de preocupaciones ecológicas. [46]

Extracción

Vagón minero en exhibición en el Archivo Histórico y Museo de Minería de Pachuca , México
Algunos yacimientos de minerales en el mundo
Algunos yacimientos minerales adicionales en el mundo

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

  1. Prospección para encontrar la ubicación de un mineral. La etapa de prospección generalmente implica mapeo, técnicas de estudio geofísico (estudios aéreos y/o terrestres ), muestreo geoquímico y perforación preliminar. [47] [48]
  2. Una vez descubierto un yacimiento, se lleva a cabo una exploración para definir su extensión y valor mediante técnicas de mapeo y muestreo adicionales, como la perforación diamantina dirigida para interceptar el yacimiento mineral potencial. Esta etapa de exploración determina la ley del mineral, el tonelaje y si el yacimiento es un recurso económico viable. [47] [48]
  3. Un estudio de factibilidad considera entonces las implicaciones teóricas de la potencial operación minera para determinar si se debe seguir adelante con el desarrollo. Esto incluye evaluar la porción económicamente recuperable del depósito, la comercialización y la rentabilidad de los concentrados de mineral, los costos de ingeniería, molienda e infraestructura, los requisitos financieros y de capital, los posibles impactos ambientales, las implicaciones políticas y un análisis de la cuna a la tumba desde la excavación inicial hasta la recuperación . [47] Múltiples 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 decidir 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 que un yacimiento de mineral es económicamente viable 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 su 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 a cielo abierto , y minería subterránea, como el hundimiento de bloques , el corte y relleno y el corte . [49] [50]
  6. La recuperación , una vez que la mina ya no está operativa, hace que el terreno donde antes había una mina sea adecuado para un uso futuro. [48]

Como el ritmo de descubrimiento de minerales ha ido en constante descenso 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 debe recurrir a depósitos de menor calidad y desarrollar nuevos métodos de extracción. [1]

Peligros

Algunos minerales contienen metales pesados , toxinas, isótopos radiactivos y otros compuestos potencialmente negativos que pueden suponer un riesgo para el medio ambiente o la salud. Los efectos exactos que tiene un mineral y sus relaves dependen de los minerales presentes. Los relaves de especial preocupación son los de minas antiguas, ya que los métodos de contención y remediación en el pasado eran casi inexistentes, lo que llevaba a altos niveles de lixiviación al medio ambiente circundante. [5] El mercurio y el arsénico son dos elementos relacionados con los minerales de especial preocupación. [51] Otros elementos que se encuentran en los minerales 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 de particular peligro para la vida acuática si se disuelven en el agua. [5] Los minerales como los de los minerales 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 los relaves, aumentando enormemente el área afectada. [52]

Los minerales de uranio y aquellos que contienen otros elementos radiactivos pueden representar una amenaza importante si se liberan y la concentración de isótopos aumenta por encima de los niveles de referencia. La radiación puede tener efectos 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 de placer, 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 hoy. [58] Después de esto, se habría recurrido a sulfuros de cobre a medida que se agotaban los recursos de óxido y avanzaba la Edad del Bronce . [55] [59] La producción de plomo a partir de la fundición de galena también puede haber estado ocurriendo 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 así comenzó la explotación de la casiterita, la principal fuente de estaño. [56] Hace unos 3000 años, la fundición de minerales de hierro comenzó en Mesopotamia . El óxido de hierro es bastante abundante en la superficie y se forma a partir de una variedad de procesos. [6]

Hasta el siglo XVIII, los únicos metales que se extraían y utilizaban eran el oro, el cobre, el plomo, el hierro, la plata, el estaño, el arsénico y el mercurio. [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 minerales de tierras raras y de nuevas formas de extraer dichos elementos. [60] [61]

Comercio

Los minerales (metales) se comercializan a nivel internacional y constituyen 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 está deslocalizada respecto de los lugares de máxima demanda y de la infraestructura de fundición.

La mayoría de los metales básicos (cobre, plomo, zinc, níquel) se comercializan a nivel internacional en la Bolsa de Metales de Londres , con existencias más pequeñas y bolsas de metales monitoreadas por las bolsas COMEX y NYMEX en los Estados Unidos y la Bolsa de Futuros de Shanghái en China. El mercado mundial del cromo está dominado actualmente por los Estados Unidos y China. [62]

El mineral de hierro se comercializa entre el cliente y el productor, aunque se fijan trimestralmente diversos precios de referencia entre los principales conglomerados mineros y los principales consumidores, lo que prepara el terreno para los participantes más pequeños.

Otros productos básicos, de menor importancia, no cuentan con cámaras de compensación internacionales ni precios de referencia, y la mayoría de los precios se negocian entre proveedores y clientes de forma individual. Esto generalmente hace que determinar el precio de los minerales de esta naturaleza sea opaco y difícil. Dichos metales incluyen litio , niobio - tántalo , bismuto , antimonio y tierras raras . La mayoría de estos productos básicos también están dominados por uno o dos proveedores importantes con más del 60% de las reservas mundiales. China es actualmente líder en 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 por Estados Unidos y Japón. [64]

Minerales importantes

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

Véase también

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