Scaling en la central geotérmica Cerro Pabellón, norte de Chile: Química, mineralogía y modelo geoquímico

Abstract

La central geotérmica Cerro Pabellón (4500 m.s.n.m.) ubicada en el norte grande de Chile, es una central de alta entalpía y de ciclo binario. Las condiciones operacionales de las centrales geotérmicas de este tipo provocan importantes cambios en las propiedades fisicoquímicas de los fluidos geotérmicos, induciendo la precipitación de fases minerales en los pozos, tuberías, intercambiadores de calor, entre otros. Este fenómeno de precipitación mineral se denomina scaling o incrustación y constituye el principal problema operacional de las centrales geotérmicas, debido a las pérdidas de eficiencia y costos en mantención. Adicionalmente, estas incrustaciones son de interés debido al eventual potencial económico de elementos críticos presentes en las fases minerales. Este trabajo de investigación busca mejorar la comprensión de los procesos de formación de los precipitados minerales, dada las condiciones existentes de circulación de fluidos en el sistema geotérmico de la central geotérmica Cerro Pabellón. Se analizaron 10 muestras de precipitados minerales, 2 muestras de salmuera de producción/reinyección, 1 muestra de condensado de vapor y 3 muestras de gases no condensables. Se utilizó difracción de rayos-X, fluorescencia de rayos-X y microscopio electrónico de barrido para identificar la mineralogía, química y texturas de los precipitados sólidos. Adicionalmente, se realizó un modelamiento geoquímico con los softwares PhreeqC y The Geochemist's Workbench para validar los procesos termodinámicos y evaluar la tendencia de las fases minerales a precipitar en diferentes escenarios operacionales. La mayor precipitación mineral se reconoció dentro de los intercambiadores de calor ORC preheaters, vinculado a la caída de temperatura de la salmuera geotérmica separada, generando la sobresaturación química y consecuente precipitación de minerales. Se identificó una secuencia de precipitación comenzando con gruesas capas de sílice amorfo (ópalo-A) masivo y botroidal, junto a esmectitas y heulandita, seguido de estibina, oropimente/getchellita acicular/granular en los pasos finales de los preheaters. Además, se reconocieron fases minerales minoritarias como hematita, pirita, magnetita y, también, sulfuros de Pb, Zn, Cu, Mn y Mo a lo largo de todo el preheater y también en filtros de bombas de reinyección, a temperaturas de salmuera entre 155°C y 90°C. A su vez, estos minerales contienen importantes cantidades de elementos críticos y valiosos altamente cotizados actualmente. La base de datos Thermoddem representó la mejor opción para el modelamiento geoquímico, en el que se evidenció el escaso efecto de la dilución de salmuera con condensado de vapor y el gran efecto del pH de la salmuera en los índices de saturación de los minerales, proporcionando importante información para establecer estrategias de mitigación del scaling. Este trabajo ayuda a comprender los fenómenos de precipitación mineral a partir de fluidos hidrotermales/geotérmicos en condiciones conocidas (P-T-X) y también brinda información base para discutir el potencial económico de los minerales y estrategias de mitigación contra la incrustación dentro de las centrales geotérmicas