Procesos de oxidación química y bioquímica en rocas sulfuro mineralizadas y relación con la generación de iones libres y gases de hidrocarburos: aplicacación a la exploración de yacimientos bajo cobertura

Abstract

En exploraciones mineras se han desarrollado técnicas indirectas de detección de yacimientos bajo cobertura, entre estas geoquímicas, que se basan en procesos de generación de patrones geoquímicos en superficie a partir de yacimientos de minerales sulfurados bajo cobertura. Procesos de oxidación y lixiviación natural generan iones y diferentes tipos de gases en profundidad, que pueden ascender a través de la cobertura hasta la superficie para ser fijados en partículas de suelo. En esta tesis se presentan los resultados de estudios experimentales y de terreno orientados a comprender los procesos que llevan a la generación de evidencias geoquímicas de contraste en superficie desde un yacimiento bajo cobertura. La investigación experimental fue realizada con el objetivo de comprender y caracterizar los procesos que ocurren a nivel de una fuente en términos de generación de iones libres y compuestos gaseosos. Por otra parte se realizaron estudios en terreno con el fin de evaluar un caso natural de desarrollo de anomalías de contraste geoquímico en superficie a partir de un yacimiento bajo cobertura, con énfasis en mecanismos de generación y migración a través de cobertura. En la fase experimental se emularon condiciones ambientales de yacimientos expuestos a procesos de oxidación y lixiviación química y biológica, estos en columnas experimentales con roca de mena sulfurada bajo una cobertura no consolidada. La roca de mena se obtuvo de la Mina El Teniente (1% Cu) y se colocó en la base de 5 columnas de 1 m de alto, la que fue cubierta con diferentes tipos de materiales. Una columna adicional se llenó solo con material no consolidado, utilizada como control. En cada columna se circuló agua a través de la cobertura y roca de mena durante 3 años. La solución fue monitoreada por pH, Eh, Cu2+, Cl-, I- y cultivo bacterial. En paralelo se realizaron experimentos in vitro con concentrados de pirita y calcopirita, y con roca de mena de El Teniente, expuestos a un cultivo de A. ferrooxidans o comunidades bacterianas naturales. Estos fueron sellados por 90 días, con circulación de un flujo de aire analítico. Los gases generados en los procesos de oxidación y lixiviación fueron acumulados al pasar a través de material adsorbente. En estos experimentos se analizó pH, Eh, FeTotal, FeII, Cu2+, cultivo bacterial y compuestos gaseosos de hidrocarburos (SGH) en el material adsorbente. Para el estudio de caso se seleccionó el yacimiento pórfido cuprífero (Cu-Au-Mo) Inca de Oro, ubicado en la región de Atacama, Chile. Este yacimiento se encuentra bajo una cobertura transportada de unos 30 a 130 m. El estudio de la cobertura se realizó sobre 10 sondajes, con análisis de pH, electro-conductividad (EC), sólidos totales disueltos (TDS), geoquímica ICP-AES por 35 elementos (digestión 4 ácidos) y difracción de rayos X, todo en muestras de gravas. Adicionalmente se analizaron compuestos gaseosos de hidrocarburos (SGH) en colectores pasivos OreHound GOCC ® insertos en superficie. Los resultados de las experiencias de laboratorio detectaron liberación de Cu2+ a la solución, disminución de pH, aumento de actividad microbiótica y detección, quizás por primara vez en forma directa, de compuestos de gases de hidrocarburos generados por estos procesos en experimentos in - vitro. Estos resultados demuestran que los procesos de oxidación y biolixiviación de rocas con minerales sulfurados son capaces de generar aumentos de concentración de metales en solución, incrementos de actividad microbiótica, generación de gases y gradientes de redox, que llevan a migración de iones y gases a superficie, a través de una cobertura transportada. En el pórfido Inca de Oro los valores de pH, EC y TDS de la cobertura presentan variaciones sutiles respecto de la proyección superficial del yacimiento bajo cobertura. Sobre la zona central de mineralización, respecto de los bordes, los valores de pH son levemente más bajos mientras que EC y TDS son levemente más altos. La concentración de Cu, Pb y Zn son mayores sobre el yacimiento, respecto de la cobertura hacia los bordes. El elemento Ca muestra una disminución de valores en la zona central, asociada con valores menores de pH, como también correlación positiva con la ocurrencia de calcita (DRX). Los compuestos gaseosos de hidrocarburos sobre el yacimiento Inca de Oro destacan concentraciones elevadas individuales en colectores sobre la proyección del yacimiento. Se demuestra en este estudio de caso que los procesos de oxidación y biolixiviación ocurren en tiempo presente, ocurrieron en el pasado, y han llevado a la generación de contrastes geoquímicos en la cobertura y superficie, si bien sutiles, detectables. La generación de las anomalías de contraste en la cobertura sobre el yacimiento Inca de Oro sería respuesta de distintos mecanismos de movilización de iones desde la fuente mineralizada a superficie, entre estos: evaporación/condensación de aguas subterráneas; generación de gases inorgánicos y orgánicos; capilaridad; bombeo tectónico, y gradientes electroquímicos. Los estudios experimentales, de columnas e in vitro, conjuntamente con el estudio de caso, confirman la ocurrencia de procesos de dispersión de iones y gases a partir de yacimientos de minerales sulfuros bajo cobertura transportada, con generación de improntas geoquímicas de contraste en superficie, conceptos que son aplicables a exploraciones mineras en zonas cubiertas.