La minería de salmuera es la extracción de materiales útiles ( elementos o compuestos químicos ) que se disuelven naturalmente en 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 residuos 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 terrestre mediante perforaciones. [3] Se erigieron torres de bambú, de estilo similar a las torres de perforación de petróleo de hoy en día. [4] El bambú se usaba para cuerdas, carcasas y torres de perforación, ya que era resistente a la sal. [5] Se colgaron cuñas de hierro de una herramienta de cable de bambú unida a una palanca en una plataforma construida en lo alto de la torre. Las torres de perforación requirieron que dos o tres hombres saltaran dentro y fuera de la palanca que movía la cuña de hierro clavada en el suelo para cavar un agujero lo suficientemente profundo en el suelo como para golpear la salmuera. [5] [4]
Las salmueras comerciales incluyen tanto agua superficial (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 traída a la superficie por pozos de energía geotérmica a menudo contiene 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. A veces se recupera potasio del avetoro que queda después de la precipitación de sal. Los océanos suelen describirse como un recurso inagotable.
Hay muchos lagos salinos con una salinidad mayor que el 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 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 tiene salmueras con una química similar a la de los lagos o lagos anteriores.
La química de las salmueras poco profundas utilizadas para la extracción de minerales a veces está influenciada por las aguas geotérmicas. Esto es cierto en el caso de varias salmueras poco profundas en el oeste de los Estados Unidos, como en el lago Searles, California.
Las plantas de energía geotérmica a menudo llevan salmuera a la superficie como parte de su 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 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 a partir de 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 a partir de salmueras geotérmicas. [8]
La concentración de sólidos disueltos en aguas profundas varía desde mucho menos que el agua de mar hasta diez veces el total de sólidos disueltos 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 un total de sólidos disueltos igual o mayor que el del agua de mar) son predominantemente del tipo cloruro de sodio. Sin embargo, el predominio del cloruro suele aumentar al aumentar el TDS, a expensas del sulfato. La proporción de calcio a sodio generalmente aumenta con la profundidad. [9]
La presencia de aguas subterráneas con TDS superiores a los del agua de mar se debe en algunos casos al contacto con lechos de sal. Sin embargo, con mayor frecuencia se cree que el mayor TDS 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 entierro, 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 proporción de potasio a sodio (K/Na) puede aumentar o disminuir con la profundidad, lo que se cree que es el resultado del intercambio iónico con los sedimentos. [9]
Varias industrias producen salmueras como subproductos. Estas industrias son la lechera, la textil, la del cuero, la petrolera, etc. De este modo, se pueden extraer y reutilizar materiales útiles. [2] Sin embargo, en la salmuera industrial, otros productos químicos e inhibidores podrían limitar la capacidad de extraer estos materiales útiles. Soluciones innovadoras como la tecnología de desactivación antiincrustante (ASDT)
Muchas salmueras contienen más de un producto recuperado. Por ejemplo, la salmuera poco profunda debajo del lago Searles , 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 bien 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 en otra en Jordania (Arab Salt Works). La sal total precipitada por la evaporación solar en las plantas del Mar Muerto es de decenas de millones de toneladas al año, pero se comercializa muy poca sal.
Hoy en día, 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 sólo 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 , Utah, y de una salmuera subterránea poco profunda en el Lago Searles , California.
En 1997, alrededor de dos tercios de la producción mundial de sulfato de sodio se recuperaron de la salmuera. Dos plantas en Estados Unidos, en Searles Lake, California, y Seagraves, Texas , recuperaron sulfato de sodio de salmueras poco profundas debajo de lagos secos.
La carbonato de sodio ( carbonato de sodio ) se recupera de salmueras subterráneas poco profundas en Searles Lake, California. La carbonato de sodio se extraía antiguamente en El Caracol, Ecatepec , en la Ciudad de México , del remanente del lago de Texcoco .
Las salmueras traídas a la superficie mediante la producción de energía geotérmica a menudo contienen concentraciones de sílice disuelta de aproximadamente 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 Salton Sea, California. Hasta la fecha, la sílice coloidal procedente de salmuera no ha logrado 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 produjeron aproximadamente la mitad de la producción mundial de litio . Mientras que el agua de mar contiene aproximadamente 0,17 mg/L (0,00017 g/L), las salmueras subterráneas pueden contener hasta 4000 mg/L (4,0 g/L), más de cuatro órdenes de magnitud mayor que el agua de mar. Las concentraciones comerciales típicas de litio están entre 200 y 1400 mg/L (1,4 g/L).
Las operaciones más grandes se encuentran en la salmuera poco profunda 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 son principalmente de potasio; La extracción de litio como subproducto comenzó en 1997. [20]
Se cree que la salmuera poco profunda debajo del Salar de Uyuni en Bolivia contiene el recurso de litio más grande del mundo, a menudo estimado en la mitad o más del recurso mundial. Hasta 2015, no se ha realizado 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 EE. UU. para un proyecto piloto destinado a demostrar la viabilidad financiera de extraer litio de alta calidad a partir de salmuera geotérmica . Utiliza salmuera de la central 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 de EE. UU. n.° 62/419,011) para recuperar potencialmente litio y otros minerales valiosos de salmuera de yacimientos petrolíferos altamente mineralizados. La compañía ha adquirido derechos de desarrollo sobre 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 petróleo 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 Cornwall (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. Su 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 el boro de salmueras poco profundas debajo del lago Searles, California. Aunque el boro es el producto principal, el potasio y otras sales también se recuperan como subproductos.
La salmuera debajo del Salar de Olaroz, Argentina, es una fuente comercial de boro, litio y potasio. [12]
Alrededor de 1900, se recuperó boro del vapor geotérmico en Larderello, Italia. [7]
Las salmueras son una fuente importante de suministro 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 aproximadamente 0,06 mg/L (6,0 × 10 −5 g/L) de yodo, mientras que las salmueras subterráneas contienen hasta 1560 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 el material orgánico de las lutitas , que también forman la roca madre de los hidrocarburos asociados. [29]
Con diferencia, la mayor fuente de yodo a partir de salmuera es Japón, donde se coproduce agua rica en yodo 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 principalmente a partir de sedimentos marinos con edades comprendidas entre el Plioceno y el Pleistoceno . La principal zona productora es el campo de gas del sur de Kanto, en la costa centro-este de Honshu . El contenido de yodo de la salmuera puede llegar a 160 ppm. [31]
Desde 1977, el yodo se extrae de la salmuera de la arenisca Morrow de la edad de Pensilvania , en lugares de la cuenca de Anadarko . del 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 en los Estados Unidos ( ver: Producción de bromo en los Estados Unidos ), China, Turkmenistán y Ucrania recuperan bromo de las salmueras del subsuelo. En India y 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 solares de sal 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 inició una gran planta en Freeport, Texas , para extraer magnesio del mar. En Estados Unidos se construyeron otras plantas para extraer magnesio de la salmuera, 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 fue reactivada durante la Guerra de Corea. [33] La planta de magnesio en Freeport funcionó hasta 1998, cuando Dow anunció que no reconstruiría la unidad después de los daños causados por el huracán. [34]
Debido a que el magnesio metálico se extrae de la salmuera mediante un proceso electrolítico, la economía es sensible al costo de la electricidad. Dow había ubicado sus instalaciones en la costa de Texas para aprovechar el barato gas natural para la generación eléctrica. En 1951, Norsk Hydro puso en marcha una planta de magnesio a partir de agua de mar en Heroya, Noruega, abastecida mediante energía hidroeléctrica de bajo costo. Las dos plantas de magnesio de agua de mar, en Texas y Noruega, proporcionaron más de la mitad del magnesio primario del mundo durante las décadas de 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 superficial del Gran Lago Salado, en su planta de Rowley, Utah .
La Planta del Mar Muerto en Israel produce magnesio como subproducto de la extracción de potasa.
A partir de 2002, CalEnergy extrajo zinc de salmueras en sus plantas de energía geotérmica en Salton Sea, California. En plena producción, la empresa esperaba producir 30.000 toneladas métricas de zinc con una pureza del 99,99% al año, lo que generaría aproximadamente tantas ganancias como las que obtenía con la energía geotérmica. Pero la unidad de recuperación de zinc no funcionó 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 la recuperación alguna vez 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) WO 3 ), contienen aproximadamente 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 EE. UU., basada en investigaciones japonesas de la década de 1990, probó un método para extraer uranio del agua de mar que, según llegaron a la conclusión, podría extraer uranio a un costo de 660 dólares EE.UU./kg. Si bien esto seguía siendo cinco veces el costo del uranio mineral, la cantidad de uranio disuelto en 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 satisfacerse mediante reactores reproductores alimentados con uranio extraído del agua de mar sin que el costo de la electricidad aumentara hasta 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 tanto, la tasa de pérdida de depósitos) [40]
Los intentos de extraer oro del agua de mar eran habituales a principios del siglo XX. Varias personas afirmaron poder recuperar oro del agua de mar de forma económica, pero todos se equivocaron o actuaron con un engaño intencionado. Prescott Jernegan dirigió una estafa para obtener oro del agua de mar en los Estados Unidos en la década de 1890. Un estafador británico realizó la misma estafa en Inglaterra a principios del siglo XX. [41]
Fritz Haber (el inventor alemán del proceso Haber ) investigó 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] Según los valores publicados de 2 a 64 ppb de oro en agua de mar, parecía posible una extracción comercialmente exitosa. Después de analizar 4.000 muestras de agua que arrojaron un promedio de 0,004 ppb, Haber tuvo claro que la extracción no sería posible y detuvo el proyecto. [43]