Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniería Asentamiento Universitario Zapala Trabajo final ~ CÁLCULO PORCENTUAL DEL CONTENIDO DE DIATOMEAS EN LA DIATOMITA DE LA MINA RENQUEÑA. Departamento ZAPALA, Provincia del NEUQUÉN ~ Técnico en Plantas y Análisis de Menas ------------------------------ Carlos Washington Mercado Alumno Asentamiento Universitario Zapala Facultad de Ingeniería Universidad Nacional del Comahue ------------------------------ ------------------------------ Dra. Ana María Casé Lic. Juan Carlos Danieli Directora Geóloga Asentamiento Universitario Zapala Facultad de Ingeniería Universidad Nacional del Comahue Co-director Geólogo Asentamiento Universitario Zapala Facultad de Ingeniería Universidad Nacional del Comahue - 2016 - Ante cualquier consulta, corrección u opinión sobre el trabajo comunicarse por favor a: [email protected] El archivo pdf del presente trabajo puede ser buscado en internet. Versión 5.2 del trabajo. Versión final. ÍNDICE PRINCIPAL AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................................... 9 RESUMEN ..............................................................................................................................................11 CAPÍTULO 1..........................................................................................................................................13 INTRODUCCIÓN, ANTECEDENTES Y GENERALIDADES ................................................13 1.1 INTRODUCCIÓN..................................................................................................................13 1.2 ANTECEDENTES ................................................................................................................14 1.3 GENERALIDADES ...............................................................................................................17 CAPÍTULO 2..........................................................................................................................................21 GÉNESIS, PROPIEDADES, PROCESAMIENTO Y USOS ......................................................21 2.1 GÉNESIS .................................................................................................................................21 2.2 MODO DE OCURRENCIA .................................................................................................21 2.3 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS..........................................................................22 2.4 RESUMEN DE PROPIEDADES........................................................................................24 2.5 PROCESAMIENTO ..............................................................................................................24 2.6 USOS ........................................................................................................................................26 DISTRIBUCIÓN Y PRODUCCIÓN ..............................................................................................28 2.7 DISTRIBUCIÓN MUNDIAL ..............................................................................................28 2.8 PRODUCCIÓN MUNDIAL .................................................................................................31 2.9 MERCOSUR ...........................................................................................................................33 2.10 DISTRIBUCIÓN NACIONAL ..........................................................................................33 2.11 PRODUCCIÓN NACIONAL ............................................................................................38 CAPÍTULO 3..........................................................................................................................................41 YACIMIENTOS DE DIATOMITA EN LA PROVINCIA DEL NEUQUÉN ..........................41 3.1 ANTECEDENTES ................................................................................................................41 3.2 DISTRITO LOS RANQUELES...........................................................................................41 3.3 DISTRITO TULA ..................................................................................................................41 3.4 OTRAS MINAS MENCIONADAS.....................................................................................42 CAPÍTULO 4..........................................................................................................................................45 CARACTERIZACIÓN MINA LA RENQUEÑA..........................................................................45 4.1 UBICACIÓN ...........................................................................................................................45 4.2 DESCRIPCIÓN Y ANTECEDENTES ...............................................................................47 4.3 DESCRIPCIÓN DE LAS MUESTRAS ..............................................................................51 4.4 ANÁLISIS QUÍMICOS CUALI-CUANTITATIVOS POR ESPECTROMETRÍA DE FLUORESCENCIA DE RAYOS X (XRF) ................................................................................53 4.5 DIFRACCIÓN DE RX SEGÚN EL MÉTODO DEL POLVO ........................................58 4.6 DENSIDAD ABSOLUTA.....................................................................................................64 4.7 CÁLCULO DEL CONTENIDO DE DIATOMEAS .........................................................66 4.8 RESULTADOS OBTENIDOS.............................................................................................74 CAPÍTULO 5..........................................................................................................................................75 DISCUSIÓN .......................................................................................................................................75 5.1 PRESENTACIÓN DE DATOS ...........................................................................................75 5.2 CONCLUSIONES ..................................................................................................................80 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................................81 Libros y publicaciones .................................................................................................................81 Internet ..............................................................................................................................................83 ANEXO A ................................................................................................................................................85 ANEXO B ............................................................................................................................................. 101 ÍNDICES ADICIONALES FIGURAS Figura 1.1 Actinoptichus .................................................................................................................19 Figura 1.2 Asteromphacus ..............................................................................................................19 Figura 1.3 Bacteriastrum.................................................................................................................19 Figura 1.4 Biddulphia .......................................................................................................................19 Figura 1.5 Chaetoceros.....................................................................................................................19 Figura 1.6 Coscinodiscus .................................................................................................................19 Figura 1.7 Fragilaria ..........................................................................................................................20 Figura 2.1 Escaneo electrónico micrográfico de la superficie de una Aulacosira .....23 Figura 2.4 Producción media de diatomitas período 2011-2015 ...................................33 Figura 3.1 Ubicación de los distritos de diatomita Los Ranqueles y Tula en la Provincia del Neuquén .....................................................................................................................44 Figura 4.1 Ubicación de la Barda Negra y el Cerro Lotena .................................................46 Figura 4.2 Ubicación de la mina Renqueña en la ladera sur de la Barda Negra .........46 Figura 4.3 Niveles inferiores de la mina Renqueña ..............................................................48 Figura 4.4 Descripción del perfil: Perfil vertical Mina Renqueña....................................49 Figura 4.5 Perfil de la mina Renqueña sobre sus niveles superiores ............................50 Figura 4.6 Espectrómetro Dispersivo de Energía Shimadzu .............................................54 Figura 4.7 Mortero cerámico de 1500 cm3, junto con su pilote .......................................55 Figura 4.8 Prensa hidráulica, junto con sus elementos de prensado .............................55 Figura 4.9 Pastilla preparada para el análisis .........................................................................55 Figura 4.10 Matraz de Le Chatelier .............................................................................................64 Figura 4.11 Mortero cerámico.......................................................................................................66 Figura 4.12 Distintas formas en que son transmitidos los esfuerzos molienda ........66 Figura 4.13 Molino de martillos ...................................................................................................67 Figura 4.14 Representación de la regla del ocular del microscopio ...............................69 Figura 4.15 Convención de conteo para los principales grupos de diatomeas ..........73 TABLAS Tabla 1.1 Trabajos sobre diatomitas neuquinas que se encuentran en la biblioteca de la Dirección Provincial de Minería ........................................................................................15 Tabla 2.1 Producción mundial por país y región ...................................................................31 Tabla 2.2 Producción media lustro 2011-2015 ......................................................................32 Tabla 2.3 Análisis químico promedio, diatomita Minera Cholino ...................................35 Tabla 2.4 Especificaciones, diatomita Minera Cholino ........................................................36 Tabla 2.5 Contenido de metales pesados, diatomita Minera Cholino ............................36 Tabla 2.6 Especificaciones de filtrantes AUFIDIT..................................................................36 Tabla 2.7 Valores estadísticos de producción de diatomita para la República Argentina, período 2003N/A2009 ..............................................................................................39 Tabla 3.1 Yacimientos de diatomita en la Provincia del Neuquén ..................................43 Tabla 4.1 Coordenadas geográficas de la boca de mina ......................................................45 Tabla 4.2 Coordenadas Gauss Krüger ........................................................................................45 Tabla 4.3 Nomenclatura asignada a las muestras .................................................................51 Tabla 4.4 Descripción macroscópica ..........................................................................................51 Tabla 4.5 Descripción de colores observados en las muestras de mano ......................52 Tabla 4.6 Descripción microscópica resumida por muestra .............................................53 Tabla 4.7 Análisis cuali-cuantitativo por Espectrometría de Fluorescencia de Rayos X ................................................................................................................................................................56 Tabla 4.8 Valores de d para muestra NBPC .............................................................................59 Tabla 4.9 Valores de d para muestra NBM1 ............................................................................59 Tabla 4.10 Valores de d para muestra NGM2 ..........................................................................60 Tabla 4.11 Valores de d para muestra NRM3 ..........................................................................60 Tabla 4.12 Valores de d para muestra NVM4 ..........................................................................61 Tabla 4.13 Porcentajes minerales observados en los análisis de rayos X ....................63 Tabla 4.14 Datos de densidades obtenidas en los ensayos con matraces de Le Chatelier ................................................................................................................................................65 Tabla 4.15 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste (FSA) Muestra NBPC A .................................................................................................................................71 Tabla 4.16 Factor superficial de ajuste (FSA) .........................................................................71 Tabla 4.17 Contenido de diatomeas y otros elementos para las muestras observadas NBPC A y NBPC B, junto con sus promedios ...................................................72 Tabla 4.18 Contenido de diatomeas (%) ..................................................................................74 Tabla 4.19 Contenido de diatomeas (%) ..................................................................................74 Tabla 5.1 Valor estimado de sílice a partir del contenido de sustancia mineral. Comparación con el contenido de SiO2 obtenido en el análisis químico ......................77 Tabla 5.2 Valores comparados de frústulos y sílice química para dos muestras ......80 ECUACIONES Ecuación 4.1 Ecuación de Bragg. ..................................................................................................58 Ecuación 4.2 Densidad absoluta ...................................................................................................64 Ecuación 4.3 Ecuación de laboratorio para el cálculo de la densidad absoluta .........64 Ecuación 4.5 Factor de conversión: Para medición regla del ocular a µm. ..................69 Ecuación 4.6 Factor de ajuste superficial (FAS). ....................................................................70 Ecuación 4.7 Contenido porcentual de diatomeas ................................................................70 Ecuación 4.8 Contenido porcentual modificado de diatomeas ........................................70 ANEXO A Tabla A.1 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste para muestra NBPC A ...................................................................................................................................................87 Tabla A.2 Valor del superficial de ajuste NBPC ......................................................................87 Tabla A.3 Conteo de los elementos observables NBPC........................................................88 Tabla A.4 Contenido de diatomeas NBPC (%) ........................................................................88 Tabla A.5 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste para muestra NBM1 A ..................................................................................................................................................89 Tabla A.6 Valor del factor superficial de ajuste para NBM1 ..............................................89 Tabla A.7 Conteo de los elementos observables NBM1 ......................................................90 Tabla A.8 Contenido de diatomeas NBM1 (%) .......................................................................90 Tabla A.9 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste para muestra NGM2 A ..................................................................................................................................................91 Tabla A.10 Valor del factor superficial de ajuste para NGM2 ...........................................91 Tabla A.11 Conteo de los elementos observables..................................................................92 Tabla A.12 Contenido de diatomeas (%) ..................................................................................92 Tabla A.13 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste para muestra NRM3 A ..................................................................................................................................................93 Tabla A.14 Valor del factor superficial de ajuste para NRM3 ...........................................93 Tabla A.15 Conteo de los elementos observables..................................................................94 Tabla A.16 Contenido de diatomeas (%) ..................................................................................94 Tabla A.17 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste para muestra NVM4 A ..................................................................................................................................................95 Tabla A.18 Valor del factor superficial de ajuste para NVM4 ...........................................95 Tabla A.19 Conteo de los elementos observables..................................................................96 Tabla A.20 Contenido de diatomeas (%) ..................................................................................96 Tabla A.21 Contenido de diatomea (%) ....................................................................................97 Tabla A.22 PPC (Pérdida por calcinación) ...............................................................................98 Tabla A.23 Comparativa de ensayos realizados sobre muestras de diatomita de distintos estratos de la mina Renqueña ....................................................................................99 ANEXO B Figura B.1. Difractograma de la muestra NBPC ................................................................... 103 Figura B.2. Difractograma de la muestra NBM1 .................................................................. 105 Figura B.3. Difractograma de la muestra NGM2 .................................................................. 107 Figura B.4. Difractograma de la muestra NRM3 .................................................................. 109 Figura B.5. Difractograma de la muestra NVM4 .................................................................. 111 Figura B.6. Difractograma comparativo en el que se muestra el bajo contenido de hierro de las muestras NGM2 y NVM4, en comparación con las muestras NBPC, NBM1 y NRM3 .................................................................................................................................. 113 AGRADECIMIENTOS A mi madre, quien por sus incansables esfuerzos he podido llegar a donde estoy hoy. A mi hermana, a mi sobrina y a mi abuela, por su eterna compañía. A mis amigos y compañeros de universidad, por sus risas, impaciencias y ayudas. Al cuerpo docente y no docente del Asentamiento Universitario Zapala, por el honorable trabajo que hacen día a día. A la Doctora Ana María Casé, por su incansable ayuda, y por todo lo que me enseñó, no solo en el conocimiento de su materia, sino además en el gran ejemplo que me dio como docente universitaria. También quiero agradecer al Licenciado Juan Carlos Danieli por su colaboración como co-director de este trabajo. Mis agradecimientos a los correctores y jurados, por sus valiosos aportes: Doctora Susana de la Puente, Licenciado Hugo Medeot y Licenciado Horacio Lucesoli. Por último, agradecer al más importante: Mi Señor y mi Dios, por su constante compañía, consejo, ayuda y ejemplo. Página 9 de 115 RESUMEN ABSTRACT El presente trabajo propone la utilización del cálculo porcentual de los frústulos de diatomea contenidos en un banco de diatomita, a través de la observación microscópica, para establecer de manera rápida su viabilidad económica. Para esto se tiene en cuenta que en principio la calidad de la diatomita depende exclusivamente de la cantidad y calidad de los frústulos de diatomea presentes en la roca y no del contenido químico de sílice. This paper proposes the use of percentage calculation of diatom frustules contained in a diatomite bank, through microscopic observation to quickly establish their economic viability. For this purpose, it is taken into account that in principle diatomite quality depends exclusively on the quantity and quality of diatom frustules in the rock and not depends on the chemical content of silica. Para ello se trabajó con cinco muestras provenientes de un frente de explotación de la mina Renqueña ubicada en el departamento Zapala de la Provincia del Neuquén. Las muestras fueron sometidas a siete análisis distintos: descripción macroscópica, estudios de color, caracterización mineralógica bajo el microscopio, espectrometría de fluorescencia de rayos X, difracción de rayos X según el método del polvo, ensayo de densidad absoluta y cálculo porcentual de contenido de diatomeas siguiendo el método de la Norma IRAM 1616:1999 para Determinación del contenido de compuestos en los cementos con una o más adiciones, al cual se le aplicó un “factor superficial de ajuste” (FSA) que permitiera optimizar los resultados. Los análisis químicos revelan un contenido de SiO2 entre 62,39 y 70,83 % en todas las muestras. A través del análisis microscópico propuesto por el trabajo se observó que los frústulos se presentan principalmente fragmentados, y el contenido porcentual de frústulos oscila disparmente entre 0,0051 y 44,51 %. Uno solo de los bancos exhibe el color blanco indicativo de diatomita de buena calidad. Las densidades de todas las muestras varían entre 2,53 y 2,08 g/cm3. Las especies minerales encontradas en los distintos análisis fueron las siguientes: arcillas, cristobalita, plagioclasa, feldespato potásico, piroxenos, anfíboles, micas, cuarzo, limonita, yeso y calcita. For this purpose, we worked with five samples from Renqueña mine’s exploitation front in Zapala department of Neuquén Province. Samples were subjected to seven different analyses: macroscopic description, color studies, mineralogical characterization under microscope, XRF Spectrometry, XRD according to the method of powder test, absolute density and calculating percentage content diatomaceous following the method of the Argentinian norm IRAM 1616:1999: Determination of compounds cements with one or more additions, to which was applied a "superficial adjustment factor" (FSA) that would optimize the results. Chemical analysis reveals a content of SiO2 between 62.39 and 70.83 % in all samples. Through microscopic analysis proposed by this paper, it was observed that frustules are presented primarily fragmented, and the percentage content of frustules ranges dissimilarly between 0.0051 % and 44.51 %. Only one of the banks exhibits white color, indicative of good quality diatomite. The densities of all samples vary between 2.53 and 2.08 g/cm3. The mineral species found in the different analyzes were: clay, cristobalite, plagioclase, potassium feldspar, pyroxene, amphibole, mica, quartz, limonite, gypsum and calcite. Key words: Diatomite, diatoms, Zapala, Neuquén, Patagonia, Argentina, South America, optical method, description, characterization. Palabras Clave: Diatomita, diatomeas, Zapala, Neuquén, Patagonia, Argentina, Sudamérica, método óptico, descripción, caracterización. Página 11 de 115 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN, ANTECEDENTES Y GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCIÓN La diatomita es una roca compuesta por frústulos de diatomeas (esqueletos microscópicos de algas unicelulares [Breese y Bodycomb, 2006]; es un tipo de fitoplancton [Wikipedia en español, Diatomea]). La roca en sí es generalmente homogénea, porosa y friable. Es utilizada en diversas aplicaciones industriales, como por ejemplo: filtrante, carga, absorbente, aislante (entre otras aplicaciones de menor importancia). La factibilidad de su uso depende de su grado de pureza, el cual varía según la proporción de frústulos a arcillas y fragmentos de minerales (siendo estos los contaminantes más comunes). Las diatomitas como parte de los minerales industriales no tienen una participación relevante en el producto bruto-mineral de la provincia del Neuquén, especialmente porque la composición de las mismas no corresponde a las de mejor aprovechamiento de las conocidas en otras regiones del país. La principal producción en Argentina corresponde a la provincia de Río Negro, a la localidad de Ingeniero Jacobacci, con una participación del 98 % en el total nacional. El resto corresponde a la provincia de San Juan. Las diatomitas de Neuquén son consideradas de baja calidad, por la fragmentación y el bajo contenido de restos de diatomeas, por lo que su aporte a la producción nacional es marginal. El presente trabajo propone realizar la estimación del contenido porcentual de frústulos de diatomeas como indicador de calidad, para la valoración preliminar de un banco de diatomita. Este trabajo se planteó en cuatro niveles de la mina Renqueña, ubicada en inmediaciones de la Barda Negra. Además del conteo de frústulos, se completaron otros estudios que aportan características fisicotécnicas requeridas en la comercialización de las diatomitas. Entonces, para esta caracterización y estimación de calidad se planteó en el capítulo 4 del presente trabajo el siguiente esquema de trabajo: Ubicación y descripción de la mina. Muestreo del yacimiento. Análisis por Fluorescencia de rayos X (XRF, por sus siglas en inglés) y difracción de rayos X por el método del polvo. Densidad absoluta. Observación y descripción macro y microscópica de las muestras. Estimación bajo el microscopio del contenido de diatomeas utilizando el método de cálculo para el contenido de componentes de cemento, el cual es descrito en la norma IRAM 1616:1999 (IRAM, 1999), aplicando adicionalmente un factor de corrección sobre el valor obtenido. Página 13 de 115 Este último paso del esquema de trabajo, desarrollado a partir del método de conteo según Norma IRAM 1616:1999 constituye el aporte original del trabajo que permitirá estimar la calidad de la diatomita de la mina La Renqueña. 1.2 ANTECEDENTES Debido a que las explotaciones de diatomita en la Provincia del Neuquén son escasas, no se encuentra mucha información escrita relacionada con ellas. Uno de los trabajos más antiguos que mencionan las diatomitas en la Provincia y su uso en productos industriales es el de Sudamconsult & Asociados S.R.L. (1972-1973), realizado por encargo del Consejo Federal de Inversiones (CFI) (SUDAMCONSULT & ASOCIADOS S.R.L., 1973). En dicho trabajo se hace un estudio del desarrollo minero en la Provincia del Neuquén en el marco de su potencial productivo. El trabajo aborda una descripción integral que permite una visión global de la situación del sector en aquélla época, el cual incluye: Interpretación geológica general, Mercado, Industrialización mineral, Infraestructura, Plan de investigación geológico-minera, Aspectos legales e institucionales, y numerosos anexos: mapas, bibliomapas, entrevistas a productores mineros, etc. Dentro de este desarrollo se mencionan distintas rocas de aplicación, minerales metalíferos y minerales no metalíferos, entre los que se encuentra la diatomita. En lo que a la diatomita se refiere, el trabajo hace una descripción de la roca en sus propiedades minerales y generalidades, sus usos y su situación en el mercado y la industria, sugiriéndose además formas de viabilizar su explotación tanto en la técnica como en la economía sugiriendo su industrialización local , con el propósito de reactivar los depósitos existentes haciendo uso de plantas depuradoras que permitan mejorar la calidad del producto comerciable de manera de mejorar la competitividad de la diatomita neuquina procesada frente a diatomita procesada importada o nacional (diatomita de Ingeniero Jacobacci, en la Provincia de Río Negro, en el caso de productos nacionales). Se sugiere para esto posibles diseños de planta, pero sin arriesgar una propuesta segura dado que no existía información en aquel entonces acerca de la calidad de la diatomita neuquina y solo se conocía estimativamente su volumen. El trabajo de Sudamconsult sugiere procesar las diatomitas junto con las bentonitas de la región, dada la similitud de los equipos y procesamientos utilizados en el tratamiento de una y otra, a los efectos de lograr una economía de escala. Otros antecedentes corresponden a trabajos inéditos realizados por el departamento de Servicio Geológico de la Dirección Provincial de Minería, y del CFI, que abordaron con distinta intensidad la descripción y conocimiento de los depósitos de diatomita neuquina a fines del siglo XX (ver Tabla 1.1) (Biblioteca Dirección Provincial de Minería, 1989). Página 14 de 115 Tabla 1.1 Trabajos sobre diatomitas neuquinas que se encuentran en la biblioteca de la Dirección Provincial de Minería TÍTULO Diatomitas departamento Zapala: Renqueña-Tula-Barda Negra-El Choclo-La Puntilla de la Barda Negra-Trolope-Riscos Bayos-La Picada, Neuquén. Diatomita Proyecto Nº 2: Información básica, mercado, normas IRAM, Neuquén. Mina de diatomita “Tula”, Neuquén. AUTOR Dirección Provincial de Minería. C.F.I. Dirección Provincial de Minería AÑO CONTENIDO 1989 Se describen brevemente los yacimientos mencionados en el título del trabajo. Se dan descripción de perfiles de algunos de ellos y resultados de análisis químicos. Es de destacar que se adjunta un cuadro con todas las minas de diatomita en la provincia a 1989, así como su ubicación en el mapa. Se adjuntan también datos de producción nacional y mundial, comercio, usos. También se halla una conclusión al trabajo y sugerencias a la industrialización de los yacimientos. 1973 Trabajo del Consejo Federal de Inversiones, elaborado en el marco de la prospección de diatomeas en la Ciudad de Cutral Có, en la Provincia del Neuquén. Describe brevemente el origen, producción y situación de mercado de las diatomeas, así como un proyecto de industrialización posible. Adjunto a este trabajo se encuentra la norma para diatomeas en pigmentos e inertes para pinturas (por lo menos hacia 1973). 1952 Informe interno inédito de la Dirección Provincial de Minería, sobre la mina de diatomita TULA. Se detalla: Expediente correspondiente, características, ubicación, accesos, geología, yacimiento, y otros datos de interés. Página 15 de 115 A nivel nacional como antecedente más importante se puede mencionar el trabajo de 2006 del SEGEMAR1 y la UNSAM2, el cual tuvo la participación de numerosos profesionales del área minera. El trabajo se publicó como Publicación Técnica Nº 13 dedicada a Diatomita, Perlita y Ceolita (SEGEMAR-UNSAM, 2006). En dicha publicación se abarcaron temas como el recurso mineral, el procesamiento mineral e información económica relacionada. El capítulo correspondiente a la diatomita comprende toda la información disponible acerca de dicho material en la República Argentina. En el capítulo 1 se describen los yacimientos de diatomita en relación a su proceso de formación, características y modo de ocurrencia; así mismo se enumeran los principales yacimientos de este mineral en la Argentina y a nivel mundial. En el capítulo 2 del trabajo se describe el procesamiento de esta roca a nivel industrial, se hace referencia a su estudio mediante análisis químicos y físicos, a la manera en que se mejora el material extraído o se lo recicla, y a los efectos adversos para la salud que su industrialización puede traer al hombre. El capítulo 3 se ocupa de los materiales y productos a base de diatomita y el último capítulo (capítulo 4) proporciona información económica sobre producción, consumo y precios, tanto en el mercado local argentino como en otros países del mundo. A nivel local el Asentamiento Universitario Zapala de nuestra universidad, produjo un trabajo relacionado con las diatomitas a cargo de la Licenciada Verónica Mariani, en el año 2000 en su tesina de Licenciatura titulada “Fisicoquímica de las Diatomeas” (Mariani, 2000). En dicho trabajo la licenciada realizó una detallada caracterización química y física de diversos tipos de diatomita de la Provincia de Río Negro (Minas María Isabel y Ñanco), estudiando el procesamiento térmico adecuado para adaptarlas como agentes filtrantes de sólidos dispersos en la industria de la preparación de bebidas. 1 2 Servicio Geológico Minero Argentino. Universidad Nacional de San Martín. Página 16 de 115 1.3 GENERALIDADES El término diatomita3 es utilizado para definir una roca o una acumulación sedimentaria organógena de grano muy fino, compuesta principalmente por frústulos4 o cápsulas microscópicas de diatomeas (organismos unicelulares) (Figuras 1.1 a 1.7), las que contienen una gran cantidad de sílice en su caparazón. Esta roca suele estar acompañada de impurezas como arenas, limos, arcillas, minerales carbonáticos y cenizas volcánicas. Las propiedades físicas de las diatomitas y el procesado de éstas las provee de un determinado valor comercial y permite cumplir con un rango de especificaciones técnicas. Estas características se deben a la presencia de microesqueletos o frústulos de diatomeas que, dada su estructura, les otorgan a las rocas portadoras una gran porosidad y permeabilidad, bajo peso específico, capacidad de absorción y de retención de materiales sólidos, así como un bajo coeficiente de transmisión de calor. El agua contenida en la estructura de la sílice opalina de los frústulos varía según la especie de diatomea, y ésta puede variar entre 9,6 % en peso en algunas formas lacustres, hasta 1,9 % en peso para algunas especies marinas específicas. También están presentes elementos como Al, Fe, metales alcalinos, alcalino térreos, así como componentes traza. A veces son hallados minerales secundarios en diatomitas, tales como cuarzo, yeso, mica, calcita, y feldespato; menos comúnmente: sales, pirita, sulfuros, nódulos de manganeso, vivianita y diversos fosfatos. El chert y el vidrio volcánico son a veces constituyentes abundantes de los sedimentos. En los depósitos suelen encontrarse componentes biogénicos, tales como ostrácodos y bivalvos, los remanentes silíceos de esponjas, sílico-flagelados, radiolarios y huesos fosilizados de peces. Cuando las impurezas químicas y minerales están presentes en gran abundancia, se utiliza una terminología alternativa para describir los sedimentos ricos en diatomeas, por ejemplo: arenisca diatomácea, arcillas diatomáceas, calizas diatomáceas. Estos materiales pueden afectar las propiedades del producto final, incluyendo el pH, la densidad y el poder abrasivo (SEGEMAR-UNSAM 2006). También conocida como: tierra de diatomeas, DE, TSS, diahydro, tierra de kieselguhr (ó kieselgur), tierra de infusorios o tripolita (estas dos últimas designaciones actualmente en desuso). 4 Frústulo o frústula: Valva de naturaleza silícea que rodea las células de las diatomeas. 3 Página 17 de 115 1.3.1 Qué son las diatomeas Las diatomeas, principales componentes de las diatomitas, son un grupo de algas unicelulares con núcleo y cromosomas bien diferenciados pertenecientes a la Clase Bacillariophyceae. Pueden encontrarse prácticamente en todo ambiente donde haya luz y humedad; estos son: los ambientes marinos (a menos de 100 m de profundidad) y/o ambientes de agua dulce, suelos húmedos y en hielo. Del total de las especies de diatomeas vivientes y fósiles, el 70 % son exclusivamente marinas y 17 % son de ambiente de agua dulce. El registro más antiguo de diatomeas es del Jurásico temprano. Estos organismos presentan tamaños variables, con un rango de entre 5 μm y 1 mm. Debido a la composición química de los microesqueletos silíceos, para la acumulación de importantes espesores que resulten luego explotables, es necesario un ambiente donde la sílice sea un elemento abundante. Esta es la razón por la que los yacimientos más importantes se encuentran asociados invariablemente con productos de fenómenos volcánicos. Existen diferentes diatomitas, de acuerdo con la forma del frústulo de las diatomeas que la componen, el contenido de sílice cristalina (cristobalita5) y el porcentaje total de dióxido de silicio. Las diatomeas se clasifican de acuerdo a su simetría en dos Órdenes: Centrales o Pennales. A pesar de ser unicelulares, pueden formar colonias tipo cadenas (Aulacoseira spp.), en bandas (Staurosira spp.) y en forma de estrella (Asterrionella spp.). Dentro de estos grupos se pueden encontrar más de 12.000 especies reconocidas. El tamaño del frústulo tiene un rango de 75 a 1000 μm, lo suficientemente grande como para ser observado con una lupa de mano. Aunque la mayor cantidad de especies varía en tamaño de 10 a 150 μm y se requiere de un microscopio para poder observarlas en detalle (SEGEMAR-UNSAM 2006). 1.3.1.1 Diatomeas de Orden Centrales Este grupo de diatomeas posee simetría radial, la estructura de la valva está dispuesta en referencia a un punto central de la valva o en referencia a dos, tres o más puntos (valva goniode) de manera que aparecen valvas biangulares, triangulares o poligonales. Son principalmente de origen marino, su reproducción es sexual por oogamia, gametos masculinos uniflagelados. Generalmente su forma es redondeada y cilíndrica. Cristobalita: Fase cúbica de alta temperatura de la sílice (SiO2). <http://ceramica.wikia.com/wiki/Cristobalita> Fecha de consulta: 29/12/2015, 17:32 Hs. 5 Página 18 de 115 Géneros reconocidos dentro de éste grupo son Actinoptichus (Figura 1.1), Asteromphacus (Figura 1.2), Bacteriastrum (Figura 1.3), Biddulphia (Figura 1.4), Chaetoceros (Figura 1.5), Coscinodiscus (Figura 1.6), Ditylum, Eucampia, Hemiaulus y Skeletonema (SEGEMAR-UNSAM 2006). Figura 1.1 Actinoptichus Figura 1.2 Asteromphacus Figura 1.3 Bacteriastrum Figura 1.4 Biddulphia Figura 1.5 Chaetoceros Figura 1.6 Coscinodiscus (Fuente imágenes: SEGEMAR-UNSAM, 2006.) Página 19 de 115 1.3.1.2 Diatomeas del Orden Pennales Grupo que presenta una simetría bilateral, la estructura de la valva está dispuesta en referencia a una línea central o en referencia a un punto no sobre la valva. Generalmente dulceacuícolas (lagunares). Su reproducción es sexual por isogamia o autogamia. Cocconeis, Cymbella, Diploneis, Fragilaria (Figura 1.7), Navicula, Nitzschia, Pleurosigma, Surirella son géneros reconocidos dentro de este grupo (SEGEMARUNSAM 2006). Figura 1.7 Fragilaria (SEGEMAR-UNSAM, 2006) Página 20 de 115 CAPÍTULO 2 GÉNESIS, PROPIEDADES, PROCESAMIENTO Y USOS 2.1 GÉNESIS Las diatomeas invadieron satisfactoriamente diversos ambientes incluyendo los marinos y los lacustres, tanto salados como dulces. También ocuparon los suelos, las superficies de las rocas y la vegetación. Ciertas especies fueron halladas en ambientes exóticos y especializados tales como cavernas, hielo y nieve y en zonas áridas. Los requerimientos biológicos básicos incluyen: humedad, suficiente exposición a la luz solar, adecuado ambiente fisicoquímico y un importante aporte de nutrientes, elementos traza y sílice. En los ambientes acuáticos que proveen estos requerimientos, diversas comunidades de diatomeas planctónicas y bentoníticas pueden proliferar y contribuir al registro geológico sedimentario. La composición de las especies de una comunidad de diatomeas vivientes y eventualmente la comunidad fosilífera sedimentaria, así como el dominio de especies individuales o plurales dependen de variables ambientales como la química del agua, pH, abundancia de nutrientes, turbidez, temperatura y profundidad de agua. Algunas especies son más tolerantes a las variaciones ambientales, la presencia o morfotipo6 de otras requiere o depende de condiciones ecológicas específicas. Las condiciones ecológicas varían ampliamente entre lagos y consecuentemente, las poblaciones de diatomitas correspondientes pueden mostrar amplias variaciones. Las características de los arreglos pueden en algunos casos ser usados para la impresión (fingerprint) o reconocimiento de depósitos individuales u localización del origen de productos comerciales (SEGEMARUNSAM 2006). 2.2 MODO DE OCURRENCIA La acumulación de frústulos de diatomeas asociados a limos, arcillas y, en algunos casos, minerales secundarios como cuarzo, yeso, mica, calcita y feldespato constituyen a la roca conocida como diatomita. Los depósitos de diatomitas reflejan estabilidad del ambiente y condiciones de depositación, así como una óptima preservación ambiental. La preservación geológica de los sedimentos suaves requiere una protección a la erosión, así como la que proveen las rocas volcánicas suprayacentes. La preservación también demanda que la diatomita no esté sujeta a condiciones Morfotipo: Categoría en la que un individuo es clasificado de acuerdo con sus formas. <http://www.portalesmedicos.com/diccionario_medico/index.php/Morfotipo> Fecha de consulta: 29/12/2015, 17:36 Hs. 6 Página 21 de 115 geológicas que promuevan la disolución de la sílice o conversión diagenética de sílice opalina a chert7, porcelanita o cuarzo, así como la diagénesis por soterramiento, exposición a altas temperaturas y exposición a través de las aguas subterráneas alcalinas (SEGEMAR-UNSAM 2006). 2.2.1 Depósitos marinos Los ambientes marinos son favorables para la depositación de los bancos de diatomitas más puros. Éstos existen en cuencas de costas sumergidas y plataformas que se encuentran aisladas del aporte clástico y son adyacentes a áreas de surgimiento de aguas ricas en nutrientes y sílice, y son biológicamente productivas. Tales áreas existen actualmente en las costas de California, Perú y sudoeste de África. El agua marina rica en nutrientes y sílice contiene por lo menos un millón de células de diatomeas por milímetro. Depósitos marinos terciarios son comúnmente hallados a lo largo de las costas del Anillo Pacífico y están asociados a interestratificados con vidrio volcánico, arcillas y sedimentos clásticos (SEGEMAR-UNSAM 2006). 2.2.2 Depósitos lacustres Los ambientes lacustres exhiben típicamente grandes variaciones respecto a los ambientes marinos tales como el pH, salinidad, temperatura y contenido de nutrientes, pero éstos pueden producir bancos de diatomitas de decenas de metros de espesor. Los depósitos se dan comúnmente en ambientes volcánicos Miocenos a Recientes y están asociados o interestratificados con sedimentos de rocas volcánicas. Las espesas acumulaciones de diatomitas que son comunes en sedimentos terciarios reflejan una excepcional disponibilidad de fuentes externas de sílice (SEGEMAR-UNSAM 2006). 2.3 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS La diatomita tiene baja densidad aparente, oscilando típicamente de los 320 a los 640 g/L.; esta es una propiedad que la distingue de todas las otras rocas sedimentarias de grano fino. Posee un alto brillo, o blancura, el cual es un atributo distintivo adicional de las diatomitas casi puras. La composición química fundamental de la diatomita y su intrincada estructura, dan al frústulo de la diatomea su valor comercial único y su versatilidad como producto filtrante y de carga, sin comparación con otros productos naturales de composición silícea. Inherentemente, el fino particulado estructural del esqueleto de la diatomea imparte baja densidad y alta área superficial a los polvos molidos de diatomeas (ver Figura 2.1). Chert: roca sedimentaria rica en sílice de grano fino microcristalina, criptocristalina o microfibrosa. <https://es.wikipedia.org/wiki/Chert_(roca)> 7 Página 22 de 115 Figura 2.1 Escaneo electrónico micrográfico de la superficie de una Aulacosira (previamente Melosira), obtenida en un depósito en Nevada de EaglePicher Filtration & Minerals, Inc. (Breese y Bodycomb, 2006). En última instancia la fina estructura también provee alta porosidad y permeabilidad, junto con la propiedad clarificante requerida en las aplicaciones de filtración. Aquellos mismos atributos físicos son precisamente los que le otorgan alta capacidad filtrante, así como baja conductividad térmica. A pesar de que la estructura esquelética es rígida, sirviendo como un agente abrasivo efectivo, las delicadas partículas tienden a romperse y pulir suavemente en vez de restregar. Usada en carga y filtro que requiera altos grados de pureza, la sílice de diatomeas se mantiene relativamente inerte, destacándose solamente en aquellas aplicaciones sus propiedades físicas. El punto de fusión de la sílice de las diatomeas oscila entre los 1400 y los 1750º C. Página 23 de 115 Un ajuste amplio de las propiedades físicas se logra a través del proceso térmico de sinterización. La calcinación reduce el área superficial al destruir la porción más fina de la estructura. La calcinación simple y la calcinación en presencia de fundentes incrementan progresivamente la gravedad específica de 2,0 a 2,3, disminuye el área superficial de los polvos de molienda de ~10-30 m2/g a 0,5-5,0 m2/g; mientras que incremente la dureza de la sílice desde 4,5-5 a 5,5-6 (medida en la escala de Mohs). El índice de refracción de los polvos naturales oscila de 1,40 a 1,46, incrementándose a 1,49 luego de la calcinación con fundentes (Breese y Bodycomb, 2006). 2.4 RESUMEN DE PROPIEDADES Aspecto macroscópico: Roca pulverulenta, fina y porosa con aspecto margoso. Color: por lo regular blanco brillante (en el caso de alta pureza). Pueden estar coloreadas. Posibles colores: blanco (calcinado con fundente), rosa (calcinado), gris (sin calcinar). Porosidad: Alta. Muy alta capacidad para absorber líquidos (absorbe hasta 150 % de su peso en agua). Capacidad abrasiva suave. Conductividad térmica y eléctrica muy baja. Alta resistencia a la temperatura. Punto de fusión entre 1.400° a 1.750° C. Peso específico 2,0 gr/dm3 (la calcinación la incrementa a 2,3). Área superficial 10 a 30 m2/g (la calcinación la reduce de 0,5 a 5 m2/g). Índice de refracción 1,4 a 1,46 (la calcinación lo incrementa a 1,49). Dureza (Mohs): 4,5 a 5 (la calcinación la incrementa de 5,5 a 6). Químicamente inerte. El porcentaje de humedad varía de acuerdo al depósito (de 10 % hasta un 60 %). La densidad aparente (base seca) in situ varía de 0,32 a 0,64 tn/m3. Absorción de aceite: 120 g/100 g de aceite. pH ~7,0 (Secretaría de Economía del Gobierno de México, 2016) 2.5 PROCESAMIENTO Los métodos de procesamiento de diatomita no deben ser muy severos, restringiéndose su uso industrial al mineral que cumple con las especificaciones de tamaño y pureza requeridas. Las impurezas pueden ser de origen orgánico o inorgánico. Entre las orgánicas se cuentan caparazones de radiolarios, silicoflagelados y células de gramíneas. Entre las inorgánicas hay arcillas, carbonatos y óxidos, principalmente de calcio, hierro y titanio (SEGEMAR-UNSAM, 2006). Página 24 de 115 2.5.1 Molienda Luego de extraer el mineral, se debe realizar un secado en playas aprovechando la energía solar, para disminuir costos en el procesamiento. Se debe tener especial atención en la molienda para preservar su forma y estructura, impidiendo que pasen a otra forma de sílice. La molienda tiene dos objetivos: por un lado, disgregar el mineral crudo separando las diatomeas individuales, y por otro remover la mayor cantidad posible de contaminantes. En la selección de molinos se dejan de lado los molinos de bolas, los cuales destruyen la estructura. En cambio, se utilizan spike rolls (molinos de rodillos dentados) y molinos de martillos, los cuales la preservan. Estos molinos permiten obtener partículas con un tamaño menor a los 1,27 cm. En la selección del tipo de molienda se tiene en cuenta por otra parte el tipo de producto que se desea obtener: Granulados para sanitarios de mascotas, cargas, tierras filtrantes, requerirán el diseño de distintos circuitos de procesamiento, con distintos equipos de clasificación y/o concentración. En el secado también es posible utilizar secadores flash (70-430ºC) o rotatorios. Mientras que en la clasificación se suelen usar clasificadores aéreos, ciclones o zarandas. Debido al alto contenido de humedad del crudo y a otras pérdidas de procesamiento, la planta de molienda debe ubicarse lo más cerca posible de la mina, salvo casos excepcionales. 2.5.2 Calcinación El objetivo de la calcinación es disminuir la humedad desde un 60,0 al 1,0 % aproximadamente, transformar en óxidos, silicatos o silicoaluminatos ciertos compuestos minerales indeseables que acompañan ordinariamente a la sílice, tales como el carbonato de calcio, el sulfato de calcio, derivados de hierro y algunos sulfuros. Por otro lado, se pretende quemar las materias orgánicas que contenga, de forma que el material se vuelva menos susceptible al ataque químico por ácidos y álcalis. La sílice amorfa de las diatomeas se transforma en su fase cristalina cristobalita. El grado de cristobalita en los productos obtenidos por calcinación simple varía del 1 al 100 % según la materia prima y la temperatura. Durante la calcinación, los frústulos de diatomea y sus fragmentos son endurecidos y parcialmente aglomerados por sinterización8. El grado de sinterización se puede controlar modificando la temperatura y la duración de la calcinación. La Sinterización: es el tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas. <https://es.wikipedia.org/wiki/Sinterizaci%C3%B3n> Fecha de consulta: 29/12/2015, 18:08 Hs. 8 Página 25 de 115 calcinación también puede realizarse con fundentes, en cuyo caso se añade un fundente alcalino, generalmente carbonato de calcio, en una proporción del 3 a 10 %. La adición de carbonato provoca la unión de los frústulos y sus fragmentos formando aglomerados. En el siguiente diagrama de flujo (Figura 2.2) puede observarse el circuito que suele seguir la diatomita en su procesamiento: Extracción de la diatomita Trituración primaria Molienda y secado Clasificación Calcinación Productos naturales Molienda Clasificación Envío Figura 2.2 Circuito de procesamiento industrial de la diatomita. 2.6 USOS El primer empleo industrial de la diatomita es atribuible a los griegos hace unos 2000 años atrás, quienes lo utilizaron como componente en las mezclas para ladrillos livianos de construcción y en alfarería. Sin embargo, no fue sino hasta mediados del siglo XVIII, que se comenzaron a reconocer las características singulares de las diatomitas, lo que incentivó su investigación y el posterior desarrollo de productos y aplicaciones. Uno de los usos más notables de la época, debido a Alfredo Nobel, fue la incorporación de diatomita como componente en la formulación de la dinamita (inventada por éste) con el propósito de mejorar la estabilidad y la seguridad del explosivo. También se la empleó en ladrillos Página 26 de 115 refractarios, bloques para aislamiento a bajas temperaturas, y en paneles a prueba de fuego y para aislamiento. A partir de la década de 1920, se produce una rápida evolución de las tecnologías de procesamiento con el desarrollo de la calcinación con y sin fundentes, y la clasificación aérea. Esto permitió un mayor control sobre la granulometría y otras propiedades de los polvos de diatomita, que resultó en una diversificación de sus aplicaciones. En la actualidad, la utilización de la diatomita procesada como auxiliar de filtración es su principal aplicación. En particular, se la emplea en la clarificación de cerveza, vinos y licores, aceites vegetales, jarabes, azúcar, etc. La otra gran rama de aplicaciones de la diatomita procesada consiste en su uso como carga de pinturas y plásticos. Le siguen en importancia su empleo en materiales para aislamiento térmico, como abrasivo suave, soporte catalítico, materiales absorbentes, etc. (SEGEMAR-UNSAM, 2006) El valor de la diatomita sin tratamiento se basa principalmente en la naturaleza de las partículas diatomáceas, contenido de sílice, carbonatos, impurezas solubles y el grado de compactación del manto o estrato. Estos factores se reflejan en la densidad aparente, capacidad de absorción, friabilidad y conformación petrográfica del manto. Es capaz de absorber y retener gran cantidad de líquidos debido a las grandes superficies de contacto que puede desarrollar (Secretaría de Economía del Gobierno de México, 2016). Entre las ventajas más importantes del filtro-ayuda con tierras diatomáceas se tienen: Filtra altos volúmenes con buena calidad, debido a que la filtración se realiza tanto por los espacios entre partículas como por los propios poros del material. La filtración es constante y la disminución del flujo se va dando gradualmente conforme avanza el ciclo de filtración, lo que ayuda a obtener ciclos más largos. La diatomita no presenta materiales flotantes, por lo que todo el filtroayuda colabora en la filtración. Es un material que no tiende a compactarse, lo que ayuda a que se forme una torta de fácil remoción, ahorrando tiempo en la limpieza y disminuyendo el desgaste del equipo. Como consecuencia de su coeficiente de conductibilidad extremadamente reducido y la resistencia permanente a las temperaturas más variables, la diatomita llega a formar el aislante más ampliamente utilizado. Página 27 de 115 DISTRIBUCIÓN Y PRODUCCIÓN 2.7 DISTRIBUCIÓN MUNDIAL Los depósitos de diatomitas tanto de origen marino como lacustre son comercialmente explotados en todo el mundo, correspondiendo mayormente a facies sedimentarias del Terciario (Paleógeno-Neógeno) o Cuaternario. Los depósitos de alta calidad y pureza son muy raros. A pesar de que los depósitos marinos hacen a la mayor parte de la producción mundial, las explotaciones mineras correspondientes a los depósitos lacustres son con mucho las más numerosas. La información sobre productores y minas de diatomitas en el extranjero se encuentra por lo general ausente o disponible únicamente como estimativos (Breese y Bodycomb, 2006; los autores son estadounidenses). Resumen global del capítulo: En Norteamérica el grueso de la producción pertenece a Estados Unidos, con solamente Canadá en segundo lugar. Operaciones notables de explotación en Europa hay en: Francia, Dinamarca, España e Islandia, mientras que considerable producción, aunque desconocida, es reportada en las antiguas repúblicas soviéticas (Georgia, Ucrania, Armenia, Hungría, Yugoslavia, Polonia y Bulgaria) y en la República Checa. Producción africana es reportada para Argelia y Kenia, así como en Marruecos. En Asia se conocen explotaciones en Japón, Corea del Sur y China. En Oceanía se conocen trabajos en Australia y Nueva Zelanda. En Latinoamérica la producción de diatomita es liderada por México, seguido por Perú, Argentina, Costa Rica, Chile, Brasil y Colombia. Figura 2.3 Ubicación mundial de los depósitos de diatomita y plantas o minas en funciones (al año 2006). Página 28 de 115 2.7.1 Norteamérica La producción en Norteamérica es dominada por los Estados Unidos. En este país por lo menos cinco compañías operan en 10 locaciones de cuatro estados distintos del oeste americano (Nevada, Oregón, California, Estado de Washington). Depósitos bien conocidos aparecen a lo largo de los estados del oeste en muchas de las formaciones terciarias con contenido de facies lacustres (los más grandes del mundo, hasta con 300 m de espesor, en Lompoc, California). También se conoce presencia de depósitos en Idaho y Utah, mientras que en la Costa Este se han identificado depósitos bog-type (depósitos tipo pantano) en Nueva Hampshire, Nueva York y Florida. Los usos por lo general para diatomitas de alta calidad se dan en cargas, insecticidas, revestimientos, absorbentes, etc. Canadá por su parte tiene un nivel de producción mucho menor, con escasos depósitos de origen lacustre y una mayoría de depósitos bog-type (en Kamloops y Nueva Escocia, respectivamente). La pureza de la diatomita canadiense es menor, por lo que su uso se dirige a la producción de absorbentes, cargas, intercambiadores catiónicos y producción de ladrillos refractarios/aislantes (Breese y Bodycomb, 2006). 2.7.2 Europa La producción en Francia se centra en diatomita filtrante y de carga de alta calidad, procedente en buena medida del Macizo Central de Francia. Dinamarca es el mayor productor de “moler” (moler earth, también conocida como Mo-clay, una variedad de diatomita del noroeste danés), una mezcla de diatomita y arcilla usada en la fabricación de ladrillos aislantes, absorbentes y una variedad de polvos y gránulos. La producción danesa tiene lugar en las islas Mors y Fur. España es otro importante productor de diatomitas para cargas y filtrantes, con explotaciones en Sierra de Elche y al sur del país (depósitos lacustres y marinos, respectivamente). En Portugal se hallan depósitos lacustres menores en Couto Mineiro de Jardim y en Río Mayor. Islandia por su parte se dedica a la producción de diatomitas para cargas y filtrantes, con explotaciones en el norte del país bajo la forma de lodos diatomáceos (los cuales se encuentran bajo el Lago Mývatn). En Alemania existieron explotaciones importantes en el área del Brezal de Luneburgo, y actualmente en las áreas de Klieken y las montañas de Vogelsberg. En Italia diatomitas lacustres han sido explotadas en el distrito de Viterbo. Históricamente la producción de las antiguas Repúblicas Soviéticas ha estado orientada a las industrias de la construcción y de refractarios. Sin embargo, de estas últimas, junto con Rumania y la República Checa, hay poca información disponible en cuanto a depósitos y centros de explotación (Breese y Bodycomb, 2006). 2.7.3 África Depósitos de diatomitas marinas se ubican en Argelia, en Sig y Mostaganem. Depósitos lacustres se hallan en el rift del valle de Kenia. En Sudáfrica se hallan depósitos lacustres en varias locaciones, entre ellas la Provincia del Cabo. En Marruecos se explota diatomita lacustre. En otros lugares de África se conocen Página 29 de 115 depósitos lacustres con impurezas, en: Angola, centro de Etiopía, Nigeria, Zimbabue, Mozambique (Breese y Bodycomb, 2006). 2.7.4 Asia China y Japón, respectivamente, se ubican segundo y tercero en el ranking mundial de producción de diatomita. China posee más de 50 manifestaciones en 14 provincias, con 34 minas (en: Mongolia Interior, Hebei, Jilin, Zhejiang, Heilongjiang, Sichuan y Yunnan). Los depósitos son de origen lacustre y son extensos, con algunos de alta pureza. Mientras tanto en Japón más de 70 depósitos lacustres y marinos se hallan en las islas de Honshu, Hokkaido y Kyushu. Mientras tanto en Corea del Sur se hallan depósitos lacustres y marinos, usados como filtrantes, cargas y otros, extraídos en Pohang. En las Filipinas no hay producción, pero se conocen depósitos lacustres del tipo bog-type. Diatomitas lacustres contaminadas con arcilla se encuentran en Vietnam y en Tailandia. También se conocen depósitos en Indonesia. Hacia el oeste del continente se encuentran depósitos en Turquía en la porción central del país. Irán también presenta yacimientos (Breese y Bodycomb, 2006). 2.7.5 Oceanía En Australia se hallan depósitos lacustres en Nueva Gales del Sur, Victoria, Queensland y Australia del Oeste. Diatomita lacustre y marina se halla en las Islas del Norte e Islas de Sur de Nueva Zelanda, con depósitos a pequeña escala (Breese y Bodycomb, 2006). 2.7.6 Latinoamérica En México se hallan las mayores producciones de la región, con depósitos y explotaciones en Jalisco, México y Chile, con depósitos lacustres menores en México, Michoacán y Tlaxcala. También aparecen depósitos a lo largo de varios kilómetros de la Costa Baja mejicana. En Brasil se hallan depósitos en la costa este del país, en los estados de Ceará, Río Grande del Norte, Bahía, Santa Catalina y San Pablo. Sin excepción los depósitos son acumulaciones de depósitos bog-type y lagunas someras que contienen abundante materia orgánica. Los usos son en filtrantes y cargas. En Argentina los depósitos son lacustres, con explotaciones en las provincias de Neuquén, La Rioja, Río Negro, principalmente, y en menor medida en las provincias de Catamarca, Chubut, Salta y Jujuy. La producción en Chile se centra en depósitos lacustres de contaminación salina, cerca de Arica en el norte chileno. Otros depósitos lacustres se encuentran dispersos entre Tarapacá y Chiloé. En Perú los depósitos son de origen marino y lacustre y se distribuyen a lo largo de la costa oeste y los Andes de esa región. Otros depósitos de menor importancia en la región se encuentran en Colombia, Ecuador y Venezuela (Breese y Bodycomb, 2006). Página 30 de 115 2.8 PRODUCCIÓN MUNDIAL En la Tabla 2.1 se muestran los datos de producción de diatomitas por país y región a nivel mundial en el período 2011-2015. Los países resaltados en negrita son los países productores mencionados en el párrafo de “Resumen global del capítulo” de la página 28. No se encontró información para todos los países para todos los años en la bibliografía consultada, aunque sí para los más relevantes (USGS9, 2016). Tabla 2.1 Producción mundial por país y región10 PAÍS Argelia Argentina Armenia Australia Brasil Bulgaria Chile China Colombia Corea del Sur Costa Rica Dinamarca12 España13 Estados Unidos14 Etiopía Francia Georgia Hungría Islandia Italia Japón Kenia Marruecos México Mozambique Perú Polonia República Checa Rusia REGIÓN África Latinoamérica Asia Oceanía Latinoamérica Europa Latinoamérica Asia Latinoamérica Asia Latinoamérica Europa Europa Norteamérica África Europa Asia Europa Europa Europa Asia África África Latinoamérica África Latinoamérica Europa Europa Asia/Europa PRODUCCIÓN (miles de toneladas) 2011 2 62 <½ 20 4 N/A 23 440 N/A 5 4 225 50 813 4 75 N/A N/A N/A 25 100 1 N/A 90 <½ 10 1 N/A 33 2012 2 55 <½ 20 2 N/A 23 420 N/A 6 4 338 50 735 5 75 N/A N/A N/A 25 100 2 N/A 85 85 94 1 N/A 70 2013 2 55 <½ 20 2 N/A 27 420 N/A 34 4 335 50 782 5 75 N/A N/A N/A 25 90 1 N/A 86 87 125 1 N/A 70 2014 N/A 100 N/A N/A N/A N/A N/A 420 N/A N/A N/A 95 36 901 N/A 75 N/A N/A N/A N/A 90 N/A N/A 88 N/A 125 N/A 49 70 2015 N/A 55 N/A N/A N/A N/A N/A 420 N/A N/A N/A 95 36 925 N/A 75 N/A N/A N/A N/A 100 N/A N/A 80 N/A 125 N/A 50 70 MEDIA LUSTRO RESERVAS11 2 65 <½ 20 3 N/A 24 424 N/A 15 4 218 44 831 5 75 N/A N/A N/A 25 96 1 N/A 86 58 96 1 50 63 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A 110 N/A N/A N/A N/A N/A 250 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A United States Geological Survey. En miles de toneladas métricas. 11 En millones de toneladas métricas. 12 Procesada, incluye ventas de la producción de moler earth de 30 % contenido de arcilla. Valores estimados. 13 Incluye la variedad de diatomita tripolita. 14 Material vendido o usado por productores. 9 10 Página 31 de 115 Tailandia Turquía Ucrania Yugoslavia Total mundial Asia Asia/Europa Europa Europa 38 45 N/A N/A 2071 9 N/A N/A N/A 2207 8 100 N/A N/A 2405 N/A 85 N/A N/A 2134 N/A 90 N/A N/A 2121 18 80 N/A N/A 2187 N/A 44 N/A N/A Grandes Los valores presentados son siempre redondeados al valor entero más próximo; las cifras corresponden a miles de toneladas. 2013 se ve como el año de mayor producción de diatomita a nivel mundial. La media del lustro fue de 2187 miles de toneladas (mt), con la media los últimos dos años de 2128. En el promedio del lustro se ve que Estados Unidos es el mayor productor de diatomita, con una producción media en el período considerado de 831, el 37,9 % del total mundial, seguido por China con 424, 19,3 %. En tercer lugar, se ubica Dinamarca con 218, el 9,9 %. En cuarto lugar, Japón, 96, 4,38 %, seguido muy de cerca en el quinto lugar por Perú con valores apenas menores que el japonés. Para estos últimos 3 países, hay que tener en cuenta la fuerte disminución en la producción de los últimos 2 años para Dinamarca, cayendo de 335 en 2013 a 95 cada vez en 2014 y 2015. Considerando esta caída, el tercer lugar, según los valores del período 2014-2015, pasaría a estar ocupado por Perú, superando incluso a Japón. Argentina se ubica recién en octavo lugar con 65 mt, 3 %. El resto de la diatomita producida se distribuye entre los demás 27 países listados. Los valores explicados se listan en la Tabla 2.2. A nivel mundial la producción de diatomita se ha sostenido por sobre los 2 millones de toneladas, con un pico en el lustro de 2405 mt durante 2013. Como ya se mencionó el promedio del período 2011-2015 fue de 2187 mt. Tabla 2.2 Producción media lustro 2011-2015 PAÍS Estados Unidos China Dinamarca Japón Perú Argentina PUESTO VALOR (mt) DEL TOTAL MUNDIAL (%) 1 2 3 4 5 8 831 424 218 96 95,8 65 37,9 19,3 9,9 4,3895 4,3804 3 Respecto de las reservas se cuentan solo con los datos de Turquía, Estados Unidos y China. Las de estos dos últimos países, consideradas las mayores del mundo, suman juntas cerca de 360 millones de toneladas. Turquía por su parte cuenta con reservas informadas de 44 millones de toneladas. Las reservas existentes en otros países no se encuentran disponibles porque mucha de la información es de propiedad reservada y no es compartida por compañías o gobiernos. La reserva a nivel mundial se piensa rondan 1 billón de toneladas, lo que representa alrededor de 500 veces el valor de la producción anual mundial (es Página 32 de 115 decir, que al ritmo de producción actual, las reservas mundiales alcanzarían para suplir la demanda de mercado durante los próximos 500 años). De este total estimado alrededor del 25 % se encuentra en los Estados Unidos (con el distrito productor más grande del mundo en Lompoc, California). En China se han reportado grandes depósitos con reservas que comprenden el 11 % del total mundial (estas estimaciones se ven también reflejadas en los valores de reserva de la Tabla 2.1). 2.9 MERCOSUR A continuación, se presenta un diagrama circular con las producciones totales de diatomita para los países integrantes del MERCOSUR15, según los datos que figuran en la Tabla 2.1 (en la que figuran solo 4 de los países miembros del MERCOSUR). Producción media de diatomitas, período 2011-2015 (en miles de toneladas métricas) 34% Argentina Brasil 51% Chile Perú 2% 13% Figura 2.4 Producción media de diatomitas período 2011-2015 2.10 DISTRIBUCIÓN NACIONAL En el país solo se encuentran yacimientos de diatomitas de origen lacustre y de edades que van del Terciario al Cuaternario. Los principales yacimientos se localizan en el extremo occidental de la provincia de Río Negro, asociados a 15 MERCOSUR, países según su situación de membresía: 1. Estados parte (membresía completa): Argentina, Brasil, Paraguay, Uruguay, Venezuela. 2. Estados asociados: Bolivia, Chile, Colombia, Ecuador, Guyana, Perú, Surinam. 3. Estados observadores: Nueva Zelanda, México. Página 33 de 115 basaltos y piroclastitas. Algo más al norte, en territorio neuquino, los depósitos de diatomitas aparecen dentro de secuencia epi y piroclásticas del centro-sur de la provincia (Barda Negra y alrededores). En cuanto a los demás depósitos de la República Argentina, estos se pueden agrupar en depósitos terciarios del centro-sur del país y en depósitos cuaternarios del centro-oeste y noroeste del país. Así se encuentran yacimientos en las provincias de Córdoba, Jujuy, La Rioja, Neuquén, Río Negro, Salta y San Juan (SEGEMAR-UNSAM, 2006). 2.10.1 Provincia de Córdoba Los depósitos forman parte del relleno de la cuenca, con aspecto de bolsón, que domina la región. La diatomita representa depósitos del Cuaternario, dispuestos en bancos de escasa extensión areal y espesores variables (1,2 a 2,5 m). Los depósitos se localizan en el norte de la Provincia, 5 km al este de la Estación Quilino, en el departamento Ischilín. En conjunto ocupan un área de 3,8 km. El material diatomítico está compuesto por 28,55 % de frústulos de diatomeas y 18 % de grit (arenilla de la diatomita). Las impurezas son en su mayoría carbonatos. Debido al alto contenido de impurezas, no puede utilizarse para los usos corrientes, pero sí como material estructural (SEGEMAR-UNSAM, 2006). 2.10.2 Provincia de Jujuy Yacimiento Esquina Blanca, a 20 km al sur de la Quiaca. Formado por varios cuerpos lenticulares que se extienden a lo largo de 2 km. Uno de los cuerpos, de material más blanco, tiene 0,6 m de espesor. La proporción de material diatomítico-fragmentos minerales es 1 a 1. Las diatomeas son de origen lacustre (SEGEMAR-UNSAM, 2006). 2.10.3 Provincia de La Rioja Los yacimientos pertenecen al departamento de Arauco, en los alrededores de la población de Tinocán, en minas Paschiñango y Angelita. Las diatomitas ocurren en una depresión en la que se han acumulado hasta 100 m de sedimentos fluviales y en parte lagunares, de edad terciaria superior a cuaternaria. En conjunto alcanzan un espesor de 5,5 m en el sector norte y 1,5 m en la porción sur. El yacimiento posee una superficie de 15.700 m2, de los cuales 8.700 m2 ya han sido explotados (sector norte). Los 7.000 m2 restantes se circunscriben a la prolongación sur (SEGEMAR-UNSAM, 2006). 2.10.4 Provincia del Neuquén Las principales manifestaciones de diatomitas en la Provincia son la de las minas: Los Ranqueles, Tula y La Renqueña (ver Figura 3.1 en página 46). La mina Tula se encuentra a 34 km en línea recta al sudsudeste de la ciudad de Zapala, sobre (encima de) la meseta basáltica llamada Barda Negra. El perfil de la mina muestra un banco de diatomitas de 2 a 2,5 m de espesor, de color blanco y Página 34 de 115 dividido por dos capas de tobas cineríticas de 0,15 y 0,1 m de espesor, respectivamente. Dicho banco se apoya sobre un manto de tobas y está cubierto por material detrítico con clastos de origen volcánico (1 a 1,5 m). Escasos 6 km al sudoeste de esta mina se encuentra la mina Renqueña, sobre una de las laderas de la Barda Negra (esta mina se encuentra descrita en la sección 4.2 del presente trabajo, página 49). La mina de Los Ranqueles se encuentra a 183 km al norte de Zapala, en el área de Cerro Villegas, teniendo un espesor variable de 0,8 a 1,8 m. En todos los casos se observan distintos episodios estratigráficos con diatomitas de distinta calidad (SEGEMAR-UNSAM, 2006). 2.10.5 Provincia de Río Negro Las manifestaciones y yacimientos de diatomita ocupan una faja de 80 km de largo, en sentido norte-sur, por 40 km de ancho, con diatomitas de edad terciaria intercaladas con sedimentos, y con basaltos en la parte superior. El espesor oscila entre 0,5 a 3 m, intercalándose con tobas. La pureza promedio de los yacimientos es del alrededor del 75 %. La mayoría de estos depósitos se encuentran ubicados en los alrededores de Ingeniero Jacobacci, departamento 25 de Mayo, mina Alicia, en la Provincia de Río Negro. Se estiman reservas de alrededor de 800.000 tn. A continuación, se presentan cuadros informativos con las propiedades fisicoquímicas que presentan las diatomitas de estos yacimientos, las cuales son utilizadas como auxiliares filtrantes, cargas funcionales y absorbentes (Minera José Cholino e Hijos S.R.L., 2016). Tabla 2.3 Análisis químico promedio, diatomita Minera Cholino ANÁLISIS (100 gr) VALOR (%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 P2O5 MnO CaO MgO Na2O K2O SO3 PPC (1000° C) 80,7 8,27 1,5 0,3 0,01 0,02 0,94 0,5 0,02 0,36 0,08 7,3 Página 35 de 115 Tabla 2.4 Especificaciones, diatomita Minera Cholino ANÁLISIS VALOR Humedad 10 - 15 % Color Blanco PH 8,2 - 9,2 Densidad aparente 120 - 250 gr/lt 100 - 150 ml Absorción de aceite /100gr Peso específico 2,12 Tabla 2.5 Contenido de metales pesados, diatomita Minera Cholino ANÁLISIS VALOR Arsénico total < 1 mg / Kg Mercurio total < 0,1 mg / Kg Plomo total < 1 mg / Kg Estas diatomitas se utilizan como filtrantes AUFIDIT, los cuales se elaboran en distintos grados, dependiendo de la temperatura de calcinación y la clasificación granulométrica. Sus características se ven en la siguiente Tabla 2.6. Tabla 2.6 Especificaciones de filtrantes AUFIDIT Grado Humedad Retención Malla 140 PH Densidad seca Densidad húmeda Permeabilidad D’ARCYS AUFIDIT 100 < 0,5 % 0% 8 120 213 0,10 - 0,20 AUFIDIT 250 < 0,5 % 6% 9,2 170 312 0,3 - 0,45 AUFIDIT 300 < 0,5 % 6% 9,4 170 322 0,50 - 0,65 AUFIDIT 400 < 0,5 % 10 % 10,5 190 330 0,7 - 0,85 AUFIDIT 500 < 0,5 % 12 % 10,6 190 333 0,9 - 1,1 AUFIDIT 600 < 0,5 % 18 % 10,6 190 336 1,2 - 1,4 Página 36 de 115 Por otra parte, como cargas funcionales, las diatomeas son utilizadas en su estado natural con granulometría muy fina. Y, como absorbentes industriales, se las utiliza calcinadas y granuladas. 2.10.6 Provincia de Salta Se hallan las siguientes minas en esta provincia: mina Socompa, mina Vivianita, mina La Andina, junto con otras de menor importancia (SEGEMARUNSAM, 2006). Socompa: Es un yacimiento que yace en una pequeña cuenca con afloramientos de sedimentos lacustres modernos, entre los que se ubican los portadores de diatomitas. El banco mineralizado se prolonga por 300 m con un ancho de 50 a 70 m, siendo su espesor no mayor a 3,5 m. El material en general presenta escasa proporción de diatomeas; las principales impurezas son aragonita, compuestos silíceos y minerales del grupo de las arcillas. Minas Vivianita, La Andina y otras: Se ubican en el área de Catua, en una de sus tantas lomadas. Son cuencas antiguas compuestas por material limoso, arcilloso, cenizas volcánicas y material detrítico, junto con los niveles de diatomitas. Los horizontes de diatomita son casi que insignificantes, con espesores de 0,12 m. 2.10.7 Provincia de San Juan En esta provincia se hallan depósitos en las regiones de Calingasta (minas La Milonguera y mina San Martín) y la región de Iglesia (minas Miscelánea y mina Cerro Negro). Los depósitos de diatomita de Calingasta son de origen lacustre y asoman en el flanco de una quebrada a lo largo de 400 m, con 2 niveles de diatomitas de 0,5 m y 0,33 m intercalados por estratos de arcilla. El contenido de sílice del material de estas minas es de alrededor del 75 %. El material extraído de estas minas se utiliza como material filtrante decolorante. En la región Iglesia, la mina Miscelánea se emplaza en un relieve mesetiforme sobre el que se desarrollaron cañadones. Los afloramientos de la región datan del Terciario Superior (Neógeno), con estratos de arcillas, limolitas, gravas, areniscas y travertinos. En conjunto se reconocen dos mantos de diatomitas, uno inferior de hasta 0,10 m de espesor y otro superior de 1 a 5 m cubierto por no más de 3 m de limolitas. El yacimiento abarca un área de 2 km2. La mina Cerro Negro se encuentra en el paraje Cerro de la Luna, 156 km al noroeste de San Juan. El depósito de diatomita ha tenido origen en ambientes lacustres durante el Terciario superiorPleistoceno (Neógeno-Pleistoceno). Está formado por dos bancos de diatomitas de 0,15 y 1,5 m respectivamente, con intercalaciones de sedimentos limo-arcillosos. En conjunto cubren 0,5 km2 (SEGEMAR-UNSAM, 2006). Página 37 de 115 2.11 PRODUCCIÓN NACIONAL La principal provincia productora es Río Negro, concentrando a partir de 1993 el 98 % de la producción total del mineral del país. A su vez, la localidad de Ingeniero Jacobacci en dicha provincia, se ubica en primer lugar entre las zonas productoras de diatomita, con una participación superior al 90 % de la producción nacional. La Tabla 2.7 al final del capítulo muestra los valores de producción de diatomita a nivel nacional, durante el período 2003-2009 (INDEC16, 2016). Se distinguen en dicha tabla los tonelajes explotados y sus precios en el yacimiento y luego de beneficiados. Los datos presentados son los más recientes que se pueden encontrar a la fecha. 16 Instituto Nacional de Estadística y Censos, de la República Argentina. Página 38 de 115 Tabla 2.7 Valores estadísticos de producción de diatomita para la República Argentina, período 2003N/A2009 DIATOMITA EN BRUTO DIATOMITA BENEFICIADA Extracción de minerales de minas y canteras (tn) Valor de la producción a precio de productor por mineral en yacimientos ($) Producción de minerales, según unidad de medida, en planta de beneficio (tn) Valor de la producción a precios de productor por mineral, según unidad de medida, en planta de beneficio ($) 2003 14.55917 375.120 10.96518 1.318.750 2004 N/A N/A N/A N/A 2005 12.340 456.999 1.103 166.091 2006 N/A N/A N/A N/A 2007 12.894 311.701 11.370 905.210 2008 25.158 816.294 23.788 3.567.206 2009 34.134 1.565.784 28.719 4.562.035 17 18 Valores totales solo para la provincia de Río Negro y de la Provincia de San Juan. Valores totales solo para la Provincia de Río Negro y de Buenos Aires. Página 39 de 115 CAPÍTULO 3 YACIMIENTOS DE DIATOMITA EN LA PROVINCIA DEL NEUQUÉN 3.1 ANTECEDENTES El Servicio Geológico Minero Argentino relevó un conjunto de minas de diatomita en la Provincia del Neuquén en las que se describen laboreos de exploración y explotación en el distrito “Los Ranqueles” (en Departamento Pehuenches) y distrito "Tula" (en Departamento Zapala; ver Figura 3.1, en página 46). En ambos casos las diatomitas se encuentran en la sección cuspidal de la Formación Collón Curá, del Mioceno Medio (Leanza y Hugo, 1997). En la Tabla 3.1, de la página 45, se resumen las principales características de dichos yacimientos. La Formación Collón Curá consiste en una alternancia de tobas, tufitas y cineritas, areniscas finas tobáceas y rocas diatomíticas depositadas en una cuenca continental, en la cual se puede observar estratificación entrecruzada y estructuras de corte y relleno. La morfología lenticular de este depósito, con discontinuidades laterales por cambios de facies y estructuras de corte y relleno correspondería a un origen continental en cuenca lacustre y fluvial. Se estima que los diferentes depósitos han conformado cuencas separadas (Herrero y Donnari, 1997). 3.2 DISTRITO LOS RANQUELES En este distrito se destaca solamente la mina Los Ranqueles; el distrito se encuentra a 183 km al norte de Zapala, en el área de Cerro Villegas (ver Figura 3.1). En Los Ranqueles se superponen mantos de diatomitas diferenciados por su calidad; presenta orientación N-S con inclinación de 12 a 15° E. El paquete de interés comienza con un manto de diatomita blanca de 0,8 a 1,2 m de espesor (0,5 g/cm3), seguido por 1,2 a 1,8 m de diatomita impura de color gris claro; por encima se apoya un nuevo banco de diatomitas blancas de 0,6 a 0,8 m de potencia. La cubierta es de 1 m de tierra suelta. Las capas blancas presentan menor contenido de vidrio volcánico (SEGEMAR-UNSAM, 2006). 3.3 DISTRITO TULA Para acceder al Distrito Tula (ver Figura 3.1) desde Zapala se recorren 25 km por la Ruta Nacional Nº 40 hacia el sur. Luego se toma el camino secundario al paraje Carro Quebrado donde hay una escuela (26 km) y se sube la meseta basáltica de Barda Negra. Finalmente, por una huella para doble tracción se transitan 5 km en dirección este-sureste. Las minas El Choclo, Renqueña y Tula (esta última también conocida como mina Carro Quebrado) integran el Distrito Tula, situándose en áreas geográficas vecinas, todas ellas se encuentran relacionadas estratigráficamente con la Formación Collón Cura y cubiertas por el Basalto Zapala. La potencia de los mantos Página 41 de 115 diatomíticos varía entre 1,5 a 2 m. Es probable que formen parte de pequeñas subcuencas sincrónicas o asincrónicas (Leanza y Hugo, 1997). En las labores a cielo abierto y excavaciones de la mina "Renqueña”, el manto diatomítico exhibe en su parte superior textura arenosa fina y limosa, con contaminación de óxido férrico, e intercalaciones arcillosas. La parte inferior es liviana y blanca, de textura pulverulenta. En la cantera abierta puede observarse en la mitad inferior de la serie una estratificación paralela fina a mediana, tornándose más arenosa hacia el piso de la secuencia. Los estratos forman un suave homoclinal con rumbo N 140° e inclinaciones de 1 a 5° suroeste. Tanto en este yacimiento, como en Tula, se realizó explotación a cielo abierto y reconocimientos a través de socavones; en los primeros metros de la explotación la sobrecarga es pequeña, pero debido a la inclinación de los bancos, la misma aumenta a medida que se avanza en la extracción de mineral. La diatomita extraída de la mina Tula se comercializó para su aplicación en carga de pinturas, fabricación de ladrillos huecos y materiales aislantes, en tanto que para la proveniente de Renqueña las últimas referencias indican su utilización en productos higroscópicos (materiales absorbentes). 3.4 OTRAS MINAS MENCIONADAS Además de las minas enumeradas en los párrafos precedentes, en las oficinas del Registro Gráfico de la Dirección Provincial de Minería (Dirección Provincial de Minería, 2016), fue consultada la existencia de otras minas de diatomita actualmente registradas en la Provincia de Neuquén. Son: Guiñe, Huille, Picún, Kalku, Alhué (o Halhue), Chucau, Cochín. Por otra parte, en la bibliografía consultada, se encontró referencia a minas que han sido dadas de baja en el registro catastral minero, que no tuvieron explotación a pesar de ser denunciadas o cuya explotación fue llevada a término. Éstas son: Bardas Negras, Pochita Segunda, La Puntilla de la Barda Negra, Trolope D1, Trolope D2, Riscos Bayos D1, Riscos Bayos D2, La Vieja Constancia, La Picada, El Porrón, y El Padrón Yugoslava. La calidad de estos yacimientos, según se menciona en la bibliografía, es variable, aunque no notable (Dirección Provincial de Minería, 1989). Página 42 de 115 Tabla 3.1 Yacimientos de diatomita en la Provincia del Neuquén DISTRITO DEPÓSITO El Choclo Tula Renqueña Tula Los Ranqueles Los Ranqueles UBICACIÓN GEOGRÁFICA a 52 km al sudsudeste de la localidad de Zapala, próximo a Cerro Lotena a 52 km al sudsudeste de la localidad de Zapala a 183 km al norte de Zapala, área del Cerro Villegas LATITUD LONGITUD 39º 09’ S 69º 53’ O 39º 13’ S 69º 56’ O 39º 09’ S 70º 00’ O 37º 00’ S 70º 05’ O GEOLOGÍA MINERALOGÍA REFERENCIAS El depósito se presenta en manera lentiforme. Lenticular. Formación Collón Curá. Banco de diatomitas de 2 a 2,5 m de espesor, de color blanco y dividido a los 0,4 y 1,0 m, desde el techo, por dos capas de tobas cineríticas de 0,15 y 0,1 m de espesor. Diatomita Godeas et al., 1999 Mantos de diatomitas diferenciados por su calidad, manto de diatomita blanca de 0,8 a 1,2 m de potencia, seguido de 1,2 a 1,8 m de diatomita impura de color gris claro. (SEGEMAR-UNSAM, 2006) Página 43 de 115 Figura 3.1 Ubicación de los distritos de diatomita Los Ranqueles y Tula en la Provincia del Neuquén (ubicación realizada sobre mapa de la Dirección Provincial de Catastro e Información Territorial de la Provincia del Neuquén, 2005). Página 44 de 115 CAPÍTULO 4 CARACTERIZACIÓN MINA LA RENQUEÑA 4.1 UBICACIÓN La mina se ubica a 36,5 km en línea recta al SSE de la Ciudad de Zapala, o a 67,19 km al SOO de la Ciudad de Cutral Có, próximo a Cerro Lotena en la Barda Negra. El lugar en el que se encuentra se conoce como paraje Carro Quebrado. El recorrido para llegar por tierra a la mina inicia en la Ciudad de Zapala, por la Ruta Nacional Nº 40 hacia San Martín de los Andes. En dicha dirección se recorren unos 36 km hasta desviar por un camino de ripio secundario. Seguidamente se transita por desvíos sucesivos hasta llegar a la mina luego de recorrer 41 km. Recorrido total de 77 km. La mina se encuentra sobre la ladera sur de la Barda Negra, una importante meseta basáltica de la zona, la misma es de color marrón (según se observa en imágenes satelitales; Figura 4.1), con más de 30 km de longitud y 3 a 7 km de ancho, con orientación NE-SO en su longitud mayor (ver Figura 4.1 y 4.2). 4.1.1 Ubicación geográfica Tabla 4.1 Coordenadas geográficas de la boca de mina LATITUD LONGITUD 39° 13’ S 69° 56’ W Tabla 4.2 Coordenadas Gauss Krüger Nº X Y 1 5.659.321,48 2.419.200,13 2 5.659.207,00 2.419.789,10 3 5.659.912,51 2.419.731,36 4 5.659.026,99 2.419.142,59 Página 45 de 115 Figura 4.1 Ubicación de la Barda Negra y el Cerro Lotena, con relación a la Ruta Nacional Nº 40, la Ciudad de Zapala y la Ciudad de Cutral Có. Figura 4.2 Ubicación de la mina Renqueña en la ladera sur de la Barda Negra. Nótese que la flecha blanca apunta sobre la pertenencia correspondiente a la mina Renqueña (Subsecretaría de Energía, Minería e Hidrocarburos, 2016). Página 46 de 115 4.2 DESCRIPCIÓN Y ANTECEDENTES La mina ha estado en producción en distintas ocasiones desde 1974, junto con la mina vecina de diatomita La Tula. Ninguna tuvo gran producción puesto que su calidad fue apta solo para carga de pinturas y el volumen rentable del yacimiento era relativamente bajo. Con esto, el aporte de las minas a la producción nacional de diatomitas es poco importante. El yacimiento se describe como del tipo sedimentario, de origen terciario. La sedimentación es de limo tripoláceo muy pobre en frústulos de diatomeas. Los depósitos están relacionados a una acumulación de tobas de la Formación Collón Curá, la cual se generó sobre cuerpos lagunares. Estos bancos se encuentran alternando con finas capas arenosas y arcillosas de limo. Los bancos forman cuerpos lenticulares, con potencias de 1,5 a 4 m, pudiéndose diferenciar los niveles de diatomitas por sus coloraciones gris a blancas. Estas diatomitas presentan un aspecto terroso, semejante a la tiza, siendo además altamente poroso, astringente y muy friable (Dirección Provincial de Minería, 1989). 4.2.1 Estado de las labores y las instalaciones No existen en el lugar instalaciones fijas y/o móviles que se hayan utilizado en los trabajos de explotación de la mina, como tampoco bases de asentamientos de equipos o maquinarias. Los caminos y senderos que se determinaron, corresponden a vías de tránsito para el ingreso a la pertenencia minera y que continúan hacia otros sectores de la región para comunicarse con otros caminos que transitan la zona. En cuanto al área de explotación, está constituida por bancos explotados que se presentan en 2 sectores bien diferenciados, y que pueden apreciarse en la Figura 4.3. En dicha figura se señala con una flecha la ubicación del primer sector del que se tomaran las muestras para el presente trabajo, mientras que el otro sector se encuentra en primer plano. Este último sector es el principal de la mina, mientras que el primero puede considerarse como secundario. La distancia que media entre uno y otro es de alrededor de 10 m. En el sector principal se observan laboreos de destape en donde han quedado al descubierto los bancos de diatomitas y una amplia zona de extracción (ver Figura 4.3). Años atrás, según los informes consultados en la Dirección de Minería, podía observarse sobre los frentes y parcialmente soterradas las bocas de galerías en donde antiguamente se extraía la diatomita por métodos de extracción subterráneos (Dirección Provincial de Minería, 1989). Al momento de realizar la visita a la mina para el presente trabajo final, ninguna de estas bocas era visible (2015), sino únicamente la del sector secundario. El frente del sector principal muestra una dimensión de 20 m de profundidad por 50 m de ancho, y hasta 3 m de espesor, con desprendimientos de material de cobertura y pequeños bancos Página 47 de 115 mineralizados. El sector secundario es de menores dimensiones y se encuentra unos 5 m por encima del otro, y en dirección NO. El frente de extracción en este caso es de unos 7 m de ancho por 10 m de profundidad, con un espesor observable de alrededor de 2,5 m; en el mismo se encuentra una galería subterránea que se encuentra casi completamente soterrada. Las muestras utilizadas en el presente trabajo final fueron extraídas de este frente (ver Figura 4.5). Figura 4.3 Niveles inferiores de la mina Renqueña (la foto fue tomada en dirección S-N). La flecha apunta a los niveles superiores de donde se tomaren las muestras analizadas en el presente trabajo, y de donde se sacaren las fotografías para elaborar el perfil que aparece en la página 51. Página 48 de 115 4.2.2 Perfil de mina Sobre los frentes visibles de la mina, se realizó el siguiente perfil (Figura 4.4). El mismo corresponde a la sección superior de la Formación Collón Curá en donde aparecen intercalados dos niveles de diatomitas de cierta importancia. El espesor total del perfil integrado está en el orden de los 10 m. No se trata sólo del perfil de la cantera de la cual se sacaron las muestras, sino del perfil desde la parte más baja expuesta de la formación hasta su parte cuspidal (Danieli, 2016). Tapiz fragmentado de basalto (Basalto Zapala). 1,00 m 0,10 m 0,15 m 0,10 m 0,80 m 0,15 m 0,70 m Horizonte de diatomita blanquecina. Limo arcilloso grisáceo. Toba cinerítica gris blanquecina. Limo arcilloso. Toba cinerítica arenosa. Limo arcilloso gris blanquecino. Toba arenosa grisácea c/ nivel de óxidos en la base. 2,00 m Diatomita blanca. 1,50 m Toba cinerítica gris verdosa, con óxidos de Fe. 1,20 m Diatomita blanquecina con intercalaciones de limos arenosos. 0,50 m Limo arenoso granular rosado. 0,50 m 0,35 m 0,25 m 0,20 m Toba cinerítica granular terrosa. Limo arcilloso, moteado (rosado). Toba arenosa gris-blanquecina. Arenisca mediana a fina, con estratificación paralela en la base. 0,30 m Diatomita blanca con motas de óxidos de Fe. 1,10 m Toba cinerítica gris verdosa, compacta. Base no expuesta. Figura 4.4 Descripción del perfil: Perfil vertical Mina Renqueña. Frente de explotación a cielo abierto. Paraje Carro Quebrado. Barda Negra Sur: 39°13'15" S - 69°56'00" O. Sección superior de la Formación Collón Curá. Página 49 de 115 Figura 4.5 Perfil de la mina Renqueña sobre sus niveles superiores. El detalle del perfil está en la figura anterior. En la foto aparece el Licenciado Juan Carlos Danieli, co-director del presente trabajo y docente del Asentamiento Universitario Zapala. Página 50 de 115 4.3 DESCRIPCIÓN DE LAS MUESTRAS 4.3.1 Nomenclatura de las muestras La caracterización de la diatomita se realizó con 5 muestras de 3 kg c/u provistas por el Laboratorio de Análisis Químico, Licenciado Jorge Venaruzzo, del Asentamiento Universitario Zapala de la Universidad Nacional del Comahue. Dichas muestras fueron identificadas como sigue: Tabla 4.3 Nomenclatura asignada a las muestras NOMENCLATURA DENOMINACIÓN NBPC Nivel blanco piso cantera NBM1 Nivel blanco muestra 1 NGM2 Nivel gris muestra 2 NRM3 Nivel rosa muestra 3 NVM4 Nivel verde muestra 4 4.3.2 Descripción macroscópica Para la descripción macroscópica se utilizó una lupa de mano de aumento 10x y de 20x, y una lupa estereoscópica marca Meiji EMZ en aumento ocular 10x y objetivo de rango 0,7x-4,5x. Tabla 4.4 Descripción macroscópica MUESTRA OBSERVACIONES NBPC Color blanco tiza, porosa, áspera al tacto, ligeramente pulverulenta, con fracturas de contracción o desecación rellenas por ópalo o tridimita. NBM1 Muestra de color blanco, compacta, homogénea, sin fracturas, de grano muy fino, untuosa al tacto. NGM2 Semejante a la muestra NBM1. Color blanco tiza, la más blanca de todas las muestras. NRM3 Muestra de color blanco con tintes rosados. Presenta escasas motas diseminadas de material color negro opaco no identificado. NVM4 Muestra de apariencia muy porosa, color blanco tiza con tintes amarillentos. Escasas micas, probablemente biotita. Página 51 de 115 4.3.3 Descripción de colores La Tabla 4.5 describe los colores de las muestras según la clasificación normalizada en la carta de colores de Munsell Color (Munsell Color, 2009). Tabla 4.5 Descripción de colores observados en las muestras de mano MUESTRA NOMENCLATURA DESCRIPCIÓN COLOR TRADUCCIÓN NBPC N8 Very light gray Gris muy claro NBM1 5Y 8/1 Yellowish gray Gris amarillento NGM2 N9 White Blanco NRM3 5YR 8/1 Pinkish gray Gris rosado NVM4 5Y 8/1 Yellowish gray Gris amarillento 4.3.4 Descripción petrográfica Para la observación petrográfica se utilizó un microscopio Leica DM750P, con aumento 10x para el barrido de las muestras y aumento de 40x para la descripción. Los oculares utilizados fueron HC PLAN s 10x/20. Las observaciones se realizaron sobre las cinco muestras, en dos preparaciones distintas para cada una, relevándose 10 campos distintos en cada preparación (lo que da un total de 100 campos observados). Los campos observados en su totalidad consisten en: Frústulos de diatomeas: se observan en general frústulos fragmentados en todas las muestras, con muy pocos individuos enteros. Los géneros visibles pertenecen al Orden Centrales y Orden Pennales, siendo esta última el más abundante. Los individuos de mayor tamaño no superan los 250 µm de largo en frústulos del Orden Pennales, mientras que los del Orden Céntricas son no mayores a 20 µm. Los géneros observados y que se pudieron identificar por similitud con la bibliografía consultada fueron: Coscinodiscus, Fragilaria, Chaetoceros y Bacillariineae. Fragmentos de minerales: son escasos, consisten en piroxenos, anfíboles, plagioclasas, micas, cuarzo, vidrio y limonitas. Glomérulos de arcillas: corresponden a concentraciones esferoidales de minerales arcillosos. Abundantes. Página 52 de 115 Tabla 4.6 Descripción microscópica resumida por muestra MUESTRA OBSERVACIONES NBPC Escasas diatomeas y fragmentos de cristales. Abundantes glomérulos de arcilla. NBM1 Escasas diatomeas y fragmentos de cristales. Abundantes glomérulos de arcilla. NGM2 Escasas diatomeas y fragmentos de cristales. Abundantes glomérulos de arcilla. NRM3 Cantidades similares de diatomeas y glomérulos de arcilla. Fragmentos cristalinos relativamente abundantes. NVM4 Fragmentos vítreos muy abundantes. Escasas diatomeas y glomérulos. 4.4 ANÁLISIS QUÍMICOS CUALI-CUANTITATIVOS POR ESPECTROMETRÍA DE FLUORESCENCIA DE RAYOS X (XRF) 4.4.1 Breve descripción de la técnica Esta técnica de rayos X es utilizada para determinar la composición elemental de la muestra. Consiste en irradiar la muestra pulverizada y debidamente preparada con haces incidentes de rayos X producidos a partir de un tubo de rayos X. Estos rayos impactan en los electrones de las órbitas interiores de los átomos analizados desplazándolos de su nivel energético, con lo que el átomo se vuelve inestable. Los electrones desplazados son luego reemplazados por electrones de niveles energéticos superiores que aprovechan la vacante para devolver su estabilidad al átomo. Este reemplazo electrónico es el que produce la fluorescencia al tener que ser liberada energía en forma de rayos X característicos, los cuales resultan de la diferencia de energía entre los niveles de energía mayores y los menores. Distintos átomos reaccionan de distinta manera a los haces de rayos X incidentes, y producen distintos rayos X característicos, las cuales son luego interpretados por el equipo. El nivel de energía de los rayos X característicos indica qué elementos están presentes (midiéndose de 5 a 10 keV), y el nivel de intensidad de los mismos rayos indica cuánto de dichos elementos está presentes (conteo: de 0 a 30.000 unidades). Los resultados finales son interpretados como óxidos en una curva o en una tabla de valores. Así es como quedan determinados los elementos presentes en una muestra (Oxford Instruments, 2013). La interpretación de los resultados se realiza sobre una base cualitativa y otra cuantitativa. La información cualitativa puede observarse en el contenido presente de un determinado óxido (o en su total ausencia). Mientras que la información cuantitativa depende de la relación establecida en la proporción de un óxido con respecto a otro (por ejemplo: el contenido de CaO con relación al de SO3) (Stocking, 2012). Página 53 de 115 4.4.2 Análisis realizado Los análisis cuali-cuantitativos fueron realizados por espectrometría de fluorescencia de Rayos X (XRF), en el laboratorio de análisis químicos del Asentamiento Universitario Zapala, de la Universidad Nacional del Comahue empleando un Espectrómetro Dispersivo de Energía Shimadzu, modelo EDX800HS (Figura 4.6), utilizando el método de parámetros fundamentales. Figura 4.6 Espectrómetro Dispersivo de Energía Shimadzu. 4.4.3 Preparación de las muestras Las muestras se prepararon a partir del material obtenido en el yacimiento. Para su preparación fue necesario moler las muestras hasta un tamaño de partícula menor a # 200 (según escala granulométrica de Tyler; equivalente a 0,074 mm). Este material molido fue preparado en morteros de cerámica de 1500 cm3 (Figura 4.7). El material molido fue prensado posteriormente en una prensa hidráulica manual (Figura 4.8) bajo 15 toneladas de presión junto con ácido bórico (H3BO3) en cristales, lo cual permitió darle una forma de pastilla circular, compacta y coherente. Esta pastilla (Figura 4.9) sería luego la utilizada en el espectrómetro para los análisis. Página 54 de 115 Figura 4.7 Mortero cerámico de 1500 Figura 4.8 Prensa hidráulica, junto con cm3, junto con su pilote. sus elementos de prensado. Figura 4.9 Pastilla preparada para el análisis. 4.4.4 Método de Parámetros Fundamentales: Análisis de las muestras Mediante este método el equipo efectúa un cálculo de concentración de los elementos presentes en forma de óxidos en el analito en función de las intensidades de cada uno de ellos. El cierre de la muestra requiere el ingreso de valores determinados a través de pérdida por calcinación (PPC). Este ensayo térmico se realizó en una mufla eléctrica a 900o C durante 1 hora. El dato que se averigua es el contenido de volátiles en la muestra; entre estos elementos volátiles se consideran: H2O, carbonatos, sulfatos y sulfuros (de haberlos), además de sustancias orgánicas que pudieran llegar a estar presentes. El dato se presenta como contenido de CO 2. Página 55 de 115 4.4.5 Resultados obtenidos Los análisis realizados en el espectrómetro permitieron conocer la composición química de cada una de las muestras en forma de óxidos, según se muestra a continuación: Tabla 4.7 Análisis cuali-cuantitativo por Espectrometría de Fluorescencia de Rayos X MUESTRA DETERMINACIÓN Total (g %) NBPC NBM1 NGM2 NRM3 NVM4 PPC SiO2 19 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2 O TiO2 Na2O SO3 MnO SrO V2O5 CuO ZrO2 ZnO 14,990 62,397 14,340 2,889 2,109 1,656 0,455 0,389 0,342 0,253 0,102 0,055 0,015 0,009 N/A N/A 100,001 12,780 70,837 8,325 4,407 1,371 1,189 0,232 0,295 0,223 0,277 N/A 0,051 N/A 0,012 N/A N/A 99,999 12,390 68,973 10,447 3,497 1,617 1,261 0,823 0,366 0,311 0,162 0,043 0,017 0,057 0,018 0,011 0,010 100,003 14,200 64,531 12,727 3,518 1,999 1,374 0,340 0,327 0,419 0,233 0,291 0,027 N/A 0,015 N/A N/A 100,001 6,770 68,383 14,351 1,927 0,628 1,165 3,438 0,302 2,395 0,328 0,080 0,182 0,045 0,008 N/A N/A 100,002 4.4.6 Interpretación de los resultados Los valores de SiO2 (ver Tabla 4.7) varían entre 70,83 %, y 62,39 % y estarían directamente vinculados al contenido de diatomeas, arcilla y vidrio. Al2O3: varía entre 14,34 y 8,32 %. Este óxido está relacionado al contenido de arcillas, probablemente montmorillonita20. Fe2O3: los valores oscilan entre 4,40 y 1,92 %, coincidiendo esta variación con los contenidos de limonitas hallados bajo microscopio. 19 20 Contenido de sílice en diatomitas típicas de buena calidad: > 80 %. Fórmula química: (Na,Ca)0,33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2 · n H2O Página 56 de 115 MgO: los valores varían entre 2,109 y 0,628 % probablemente vinculados a la presencia de yeso principalmente y en menor cantidad a los piroxenos y anfíboles descriptos. SO3: corrobora la presencia de yeso, cuyos valores oscilan entre 0,32 y 0,16 %. Página 57 de 115 4.5 DIFRACCIÓN DE RX SEGÚN EL MÉTODO DEL POLVO 4.5.1 Breve descripción de la técnica Esta técnica de rayos X consiste en irradiar la muestra pulverizada con haces monocromáticos de rayos X (monocromáticos, porque son de una única longitud de onda) en una distribución blanca del material cristalino (“distribución blanca”, es decir: una distribución aleatoria de numerosísimos fragmentos de cristal), y registrar los haces difractados en un gráfico de doble entrada para los valores de 2θ e intensidad (medida en CPS: conteos por segundo) de rayo reflejada (MIT, 2015). La estructura cristalina de los minerales presentes (halita, calcita, etc.), se reconoce por la ubicación de sus distintos planos y la distancia que separa a los planos que son paralelos entre sí (es decir: la periodicidad estructural atómica de los cristales). Estos valores de las distancias y los ángulos, son los que permiten saber cuáles son los cristales presentes en una muestra. Para esto se mide la posición en la cual se encuentran los picos en el eje de abscisas, es decir, del ángulo θ, y mediante la siguiente ecuación: n = número entero 𝑛 · 𝜆 = 2 · 𝑑 · sin 𝜃 λ = intensidad, longitud de onda del rayo incidente utilizado d = distancia entre capas atómicas de la cara cristalina θ = ángulo de incidencia de los rayos Ecuación 4.1 Ecuación de Bragg. es posible obtener los valores de d buscados, los cuales son únicos para las sustancias cristalinas conocidas (Moeck, 2015). Para el presente trabajo los datos presentados son cualitativos y cuantitativos. Página 58 de 115 4.5.2 Resultados obtenidos A continuación, se muestra los datos obtenidos para: 1. Los valores observados para d (distancia entre las capas atómicas de la cara cristalina) en las distintas muestras, y la interpretación que le fuera dada. Tablas 4.8 a 4.12. A continuación de las tablas se realiza la interpretación de datos. 2. Los porcentajes de minerales hallados en las 5 muestras a partir de este método. Tabla 4.13. Tabla 4.8 Valores de d para muestra NBPC d (Å) MINERAL INTERPRETACIÓN 15,51 7,066 4,881 4,507 4,070 3,6511 3,2180 2,5503 2,1872 1,8227 1,6946 Arcillas Arcillas Background Arcillas Background Background Plagioclasas Limonita Limonita Background Background N/A N/A N/A N/A N/A N/A Escasa presencia. Óxidos e hidróxidos de hierro. Óxidos e hidróxidos de hierro. N/A N/A Tabla 4.9 Valores de d para muestra NBM1 d (Å) MINERAL INTERPRETACIÓN 15,00 Arcilla 7,595 Yeso 5,549 4,516 4,055 3,7702 3,3484 3,2177 3,1359 2,5681 2,5317 2,3505 1,5939 Background Background Arcilla Background Cuarzo Feldespatos Feldespatos Limonita Limonita Background Background N/A En todas las muestras hay trazas de yeso, mientras que en NBM1 es en la que más abunda. N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A Óxidos e hidróxidos de hierro. Óxidos e hidróxidos de hierro. N/A N/A Página 59 de 115 Tabla 4.10 Valores de d para muestra NGM2 d (Å) MINERAL 15,38 7,494 4,503 4,279 4,055 3,7667 3,3437 3,1840 3,0195 2,5715 2,3552 2,1325 1,7737 Arcillas Background Arcillas Background Background Background Cuarzo Feldespato Calcita Limonita Background Background Background INTERPRETACIÓN N/A N/A N/A N/A N/A N/A Poca cantidad. Poca cantidad. N/A Óxidos e hidróxidos de hierro. N/A N/A N/A El contenido de limonita es muy bajo. Tabla 4.11 Valores de d para muestra NRM3 d (Å) MINERAL INTERPRETACIÓN 15,38 6,467 4,494 4,044 3,7541 3,3411 3,2088 3,0764 2,5804 2,5280 2,1291 1,9853 1,7726 Arcilla Background Arcilla Background Background Cuarzo Feldespato Background Limonita Limonita Background Background Background N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A Óxidos e hidróxidos de hierro. Óxidos e hidróxidos de hierro. N/A N/A N/A Página 60 de 115 Tabla 4.12 Valores de d para muestra NVM4 d (Å) MINERAL INTERPRETACIÓN 16,54 10,11 6,497 4,436 4,044 3,8871 3,5258 3,3459 3,2110 3,1444 2,9302 2,8484 2,5307 2,2885 2,1155 1,7859 1,6824 Arcillas Arcillas Arcillas Arcillas Background Background Background Cuarzo Feldespato Background Background Background Limonita Limonita Background Background Background N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A Óxidos e hidróxidos de hierro. Óxidos e hidróxidos de hierro. N/A N/A N/A Página 61 de 115 4.5.3 Interpretación tablas 4.8 a 4.12 A continuación, se detallan las observaciones realizadas en los difractogramas de las muestras. Los difractogramas correspondientes se encuentran en el anexo B del presente trabajo (página 103). La identificación de feldespato, corresponde al grupo de las plagioclasas señaladas en la descripción petrográfica (sección 4.3.4). NBPC El espaciado de d con valores 15,71, 7,06 y 4,50 indica la presencia de arcillas. En menor cantidad hay presencia de feldespatos-plagioclasa, con un valor d de 3,21. Por último hay una importante presencia de óxidos e hidróxidos de hierro (limonitas) cuyos valores de d son de 2,55 y 2,18. El resto de las difracciones son secundarias a las arcillas o simplemente parte del background de la difracción. NBM1 El espaciado de d con valores de 15,00 y 4,05 indica la presencia de arcillas. En menor cantidad hay presencia de feldespatos plagioclasa, con un valor d de 3,13 y 3,21, y cuarzo con un valor de 3,34. Hay presencia de óxidos e hidróxidos de hierro (limonitas) cuyos valores de d son de 2,56 y 2,53. Por último hay presencia de yeso, con un valor d de 7,59. NGM2 El espaciado de d con valores de 15,38 y 4,50 indica la presencia de arcillas. En menor cantidad hay presencia de feldespatos, con un valor d de 3,18, y cuarzo, con un valor de 3,34. El contenido de óxidos e hidróxidos de hierro (limonitas) es muy bajo, indicado por el valor de 2,57. Hay presencia también de calcita con d de 3,01. Hay trazas de yeso que son apenas observables en el difractograma pero que sí son observables en el químico (CaO = 1,261 %; SO3 = 0,162 %). NRM3 El espaciado de d con valores 15,38 y 4,49 está dado en picos bien definidos e indica la presencia de arcillas. También hay presencia de feldespatos, con un valor d de 3,20, y cuarzo, con un valor de 3,34. El contenido de óxidos e hidróxidos de hierro (limonitas) es relativamente alto, indicado por el valor de 2,58 y 2,52 (ver Figura B.6. en el anexo B, página 115). Hay trazas de yeso que son apenas observables en el difractograma pero que sí son notables en el químico (CaO = 1,374; SO3 = 0,233). NVM4 Hay arcillas con valores indicados de 16,54, 10,11, 6,49 y 4,43. También hay presentes feldespatos, con un valor d de 3,21, y cuarzo, con un valor de 3,34. El contenido de óxidos e hidróxidos de hierro (limonitas) es muy bajo, indicado por el valor de 2,53 y 2,28. Hay trazas de yeso que son apenas observables en el difractograma pero que sí son observables en el químico (CaO = 1,165 %; SO3 = 0,328 %). Página 62 de 115 Tabla 4.13 Porcentajes minerales observados en los análisis de rayos X MINERAL (%) vs MUESTRA NBPC NBM1 NGM2 NRM3 NVM4 Micas y minerales arcillosos 94-95 91-92 84-85 91-92 70-71 Cristobalita 3-4 6-7 6-7 4-5 8-9 18-19 Plagioclasa 1-2 2-3 4-5 3-4 (incluido el FK) Cuarzo Traza 1 1-2 1-2 2-3 Hematita Traza Traza Traza Traza Traza Yeso N/A Traza N/A N/A N/A Calcita N/A N/A Traza N/A N/A Página 63 de 115 4.6 DENSIDAD ABSOLUTA La densidad absoluta se define como la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Esta dada por la siguiente ecuación: 𝑚 𝜌= 𝑉 ρ = densidad media m = masa V = volumen Ecuación 4.2 Densidad absoluta. (Wikipedia en Español, 2016). 4.6.1 Breve descripción de la técnica Se muele la 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 (𝑔𝑟) diatomita a ensayar a 𝜌= 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 2º 𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑚𝑙) − 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 1º 𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎(𝑚𝑙) muy fino, tamaño azúcar impalpable (un estimado, Ecuación 4.3 Ecuación de laboratorio para el cálculo pasante # 200). El de la densidad absoluta. método consiste en colocar un peso conocido de este material en el interior de un matraz de Le Chatelier, el cual ha sido previamente llenado con agua destilada. El llenado se realiza hasta el volumen cero indicado en el matraz (o puede realizarse hasta un volumen mayor, realizándose la corrección necesaria en el cálculo de la Ecuación 4.3). La diatomita introducida desplaza el agua destilada hasta un segundo volumen dentro de la escala graduada del cuello del matraz. Este último volumen, por lectura directa, permite conocer el volumen de la masa de diatomita añadida (considerar también el volumen inicial de 1° lectura de haberlo). El peso de diatomita utilizado junto con los volúmenes obtenidos, permiten conocer la densidad de la roca. La fórmula utilizada es la ecuación práctica de densidad absoluta (Ecuación 4.3). Figura 4.10 Matraz de Le Chatelier. Página 64 de 115 4.6.2 Resultados obtenidos Se ensayaron todas las muestras por duplicado. Las densidades obtenidas fueron promediadas. Los resultados obtenidos se asemejan a las densidades relativas observadas en las diatomitas de venta comercial, de alrededor de 2,0-2,1 gr/cm3 (SEGEMAR-UNSAM, 2006). Tabla 4.14 Datos de densidades obtenidas en los ensayos con matraces de Le Chatelier MASA m VOLUMEN V (g) (ml) DENSIDAD ρ (g/cm3) 21 DENSIDAD PROMEDIO (g/cm3) A B A B A B NBPC 45,0 45,0 21,0 21,0 2,14 2,14 2,14 NBM1 44,6 45,0 21,4 21,6 2,08 2,08 2,08 NGM2 46,7 45,0 22,0 21,6 2,12 2,08 2,10 NRM3 47,0 47,0 18,5 18,6 2,54 2,52 2,53 NVM4 44,0 44,0 19,8 19,8 2,22 2,22 2,22 Densidad de la diatomita pura: 2,0 a 2,1 g/dm3 Los vasos de Le Chatelier utilizados miden los volúmenes en ml. Dado que la convención común es anotar las densidades en gr/cm3, se recurre a la equivalencia 1 ml = 1 cm3. 21 Página 65 de 115 4.7 CÁLCULO DEL CONTENIDO DE DIATOMEAS 4.7.1 Metodología de trabajo La metodología empleada se desarrollará a continuación paso a paso, desde la preparación de la muestra para observarlas bajo el microscopio hasta la obtención de resultados. A. B. C. D. Preparación de las muestras. Observaciones bajo el microscopio. Obtención y utilización del factor superficial de ajuste (FSA). Obtención de resultados: Conteo de diatomeas, cálculo del porcentaje y corrección de dato. A. Preparación de las muestras Se molieron las muestras en molienda fina con un mortero cerámico mediano de 750 cm3 (Figura 4.11). El tamaño máximo de molienda elegido fue de # 60 (ó 250 µm), ya que la totalidad de las partículas liberadas (de diatomeas) que constituían la diatomita eran menores a ese tamaño. Figura 4.11 Mortero cerámico de 750 cm3, junto con su pilote. La técnica de molienda utilizada corrientemente consiste en pulverizar la muestra de que se trate mediante cizalla y compresión (Figura 4.12), de manera que el material pulverizado, sea cual sea ese material, sea reducido hasta tamaño de polvo impalpable (menor a # 200 ó 74 µm) e inferior. Figura 4.12 Distintas formas en que son transmitidos los esfuerzos molienda en la técnica del procesamiento mecánico de minerales. Página 66 de 115 Para el caso de que se trata se realizó una modificación de la técnica de molienda en base a cómo es que se prepara la diatomita a nivel industrial (SEGEMAR-UNSAM, 2006). Con esto se buscó evitar la reducción de la muestra a un tamaño de polvo impalpable, lo cual haría imposible el conteo al microscopio al destruir los frústulos de diatomea. En la industria minera la preparación de diatomita se hace utilizando molinos de martillos (Figura 4.13), los cuales fragmentan la roca por impacto sin comprometer la integridad de los frústulos. En la medida en que se produce el impacto, se produce la fragmentación de la roca, según líneas de debilidad ya existentes en ella, sin que se produzcan nuevas. De esta manera los frústulos de diatomea se conservan intactos. Los individuos no son fragmentados sino solamente separados unos de otros según los espacios de unión más débiles entre frústulo y frústulo (espacios que se encuentran ocupados en su mayoría por arcilla en las muestras bajo estudio). Al ser muchos y diminutos los individuos que integran un fragmento de roca de diatomea, se puede lograr una molienda de alta finura sin destruir ni comprometer la integridad de los elementos constituyentes de la roca. Estos individuos conservados luego de esta preparación mecánica son precisamente los que dan su aplicabilidad industrial a este tipo de rocas (por ejemplo, para filtración). Así, aplicando este patrón a la técnica del mortero, es posible obtener un producto de laboratorio de características comerciales. Entonces, para el presente trabajo, y para lograr copiar el efecto de impacto de los molinos de martillos, se introduce la muestra en el interior del mortero y se deja caer sobre ella repetidas veces y suavemente el pilote, de manera que se reproduzca el impacto y fragmentación que efectúan los martillos de los molinos de martillos sobre la roca. Se hace esto hasta obtener el tamaño deseado que preserve la integridad estructural de los frústulos de las diatomeas tanto como sea posible, buscándose que el tamaño obtenido sea para la mayor parte del material molido sea mayor a 100 µm. Figura 4.13 Molino de martillos. Página 67 de 115 El material que fuera molido sería posteriormente tamizado por tamices # 20 y # 60 (es decir: entre 840 µm y 250 µm, respectivamente). El propósito de este tamizado sería separar la fracción mayor de 250 µm de la menor, siendo esta última la que se utilizaría en la observación de las diatomeas al microscopio, mientras que la primera sería completamente desechada. El tamiz # 20 sería utilizado simplemente para reducir rápidamente la cantidad de material a tamizar por el siguiente tamiz. Esta separación no compromete la representatividad de las muestras observadas bajo el microscopio, ya que no se separan componentes minerales, sino solamente fragmentos de distinto tamaño de una misma constitución. La preparación de las muestras para el microscopio requirió ciertos cuidados especiales. Para preparar una muestra, por ejemplo, se colocó el material molido sobre el porta junto con el nitrobenceno, mezclándolos uniforme y suavemente con uno de los vértices del cubre, antes de colocar este último encima de todo. El objetivo al realizar esto fue el de evitar la formación de burbujas de aire que se daría de solo colocar el material molido con el nitrobenceno y cubrirlos. Estas burbujas estorban e impiden la observación correcta de los frústulos. Hecho esto la muestra está lista para ser observada bajo el microscopio. B. Observaciones bajo el microscopio El estudio mineralógico de las muestras se efectuó utilizando un microscopio Leica DM750P, con aumentos 10x y 40x, y oculares HCPLAN s 10x/20. Se determinaron: La cantidad de diatomeas y otros componentes, expresándose porcentualmente los contenidos totales. El factor superficial de ajuste de corrección, el cual permite obtener el valor porcentual definitivo de diatomeas. C. Obtención y utilización del factor superficial de ajuste (FSA) OBTENCIÓN DEL FSA Para obtener el factor superficial de ajuste se utilizó una razón simple entre el área promedio de diatomeas observadas y el área promedio de otros elementos (siendo estos otros elementos: glomérulos de arcilla, fragmentos de cristales, vidrio y limonitas). Las áreas se calcularon estableciendo relaciones geométricas simples sobre las superficies que se observaban. Casi la totalidad de los elementos que se contabilizaron tenían formas circulares y rectangulares, y algunas triangulares, por lo que el cálculo de las áreas se restringió a hacer los cálculos de área para esas formas. Las longitudes (lados, diámetros) de los distintos individuos se midieron en primer lugar utilizando la regla del objetivo del ocular (Figura 4.14). Luego esta medición, de unidades R, se multiplicó por un factor de conversión que permitiera Página 68 de 115 obtener las longitudes en µm (Ecuación 4.5). Con los valores convertidos de las longitudes fue posible obtener las áreas en µm2. ( 0,25 𝑚𝑚 1000 𝜇𝑚 𝜇𝑚 )·( ) = 250 ⁄𝑅 1𝑅 1 𝑚𝑚 Ecuación 4.5 Factor de conversión: Para medición regla del ocular a µm. R, el valor de la gradación observada en la regla del ocular, varía de 1 a 3 R unidades a la izquierda y a 3 R unidades a la derecha (ver Figura 4.14). Cada unidad de R tiene un valor equivalente de 0,25 mm ó 250 µm. Luego de la conversión se procede al cálculo del área en µm2. Estas consideraciones son válidas solo para el aumento 40x (ya que la relación de la Ecuación 4.5 cambia con aumentos mayores o menores). Figura 4.14 Representación de la regla del ocular del microscopio. Un ejemplo de cálculo para el FSA se encuentra en las tablas 4.15 y 4.16, correspondiente a la muestra NBPC. En la Tabla 4.15 los datos en las columnas: D1, D2, D3 (diatomeas) y E1, E2, E3 (otros elementos), corresponden a las áreas calculadas para distintos individuos. Los cálculos de área entonces, se hicieron sobre un total de 6 individuos por vez, en 10 observaciones (observaciones a las cuales se denominó Campo). Página 69 de 115 Los campos observados, aparecen numerados desde el campo 1 al 10. Los resultados fueron luego promediados dos veces: una vez para cada campo (de D1 a D3, y de E1 a E3), y luego una vez para todas las observaciones realizadas del campo 1 al campo 10 (en D y en E). Por último, con los resultados finales ("Promedio general" según aparecen en la Tabla 4.15), se estableció la razón del factor superficial de ajuste. Ésta es: 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑭𝑨𝑺 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑜𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 (𝐼𝐼) Á𝑟𝑒𝑎𝑠 𝑑𝑖𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑎𝑠 (𝐼) Ecuación 4.6 Factor de ajuste superficial (FAS). (I) y (II) están en la Tabla 4.15, y su resultado aparece en la Tabla 4.16. UTILIZACIÓN DEL FSA Este cálculo del FSA se realizó una vez para cada muestra, considerando que la relación superficial de diatomeas a otros elementos es única para cada muestra. El valor de FSA así obtenido fue luego utilizado para ajustar los porcentajes obtenidos de diatomeas a partir de la Ecuación 4.7. Los datos de dicha ecuación se completan con los datos de la Tabla 4.17. 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑎𝑠 (%) = 𝐷𝑖𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠 · 100 (𝐷𝑖𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠 + 𝑶𝒕𝒓𝒐𝒔 𝒆𝒍𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐𝒔) Ecuación 4.7 Contenido porcentual de diatomeas. El FSA se utilizó para modificar el valor de la cantidad de otros elementos contabilizados; de manera que la ecuación anterior quedó modificada como contenido porcentual modificado de diatomeas (Ecuación 4.8). 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑎𝑠 (%) = 𝐷𝑖𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠 · 100 (𝐷𝑖𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠 + 𝑭𝑺𝑨 · 𝑶𝒕𝒓𝒐𝒔 𝒆𝒍𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐𝒔) Ecuación 4.8 Contenido porcentual modificado de diatomeas. El FSA hace posible considerar sobre un conteo puramente matemático la influencia en la relación de tamaño de los elementos constituyentes observables bajo el microscopio (en este caso considerados desde su dimensión superficial, en dos dimensiones). Esto, para los fines que se persiguen, hace posible obtener una expresión fehaciente de la proporción composicional que busca conocerse. Página 70 de 115 Tabla 4.15 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste (FSA) - Muestra NBPC A DIATOMEAS Campo Nº Área I (µm2) D1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D2 D3 46875 31416 25000 17671 17671 7854 25000 4375 1963,5 62500 3125 3068 7500 3068 1250 15000 1963,5 3750 57500 3750 1875 125000 1963,5 6875 13125 3125 5000 28750 2812,5 4922 (I) Promedio general muestra diatomeas OTROS ELEMENTOS Promedio Promedio Área II (µm2) parcial de parcial de áreas por áreas por E1 E2 E3 campo campo 2 (µm ) (µm2) 34430,3 31250 23437,5 24053 26246,8 14398,7 196349 12500 110447 106432,0 10446,2 281250 49087 34375 121570,7 22897,7 127500 7812,5 13625 49645,8 3939,3 234375 125000 31250 130208,3 6904,5 137500 196349,5 49087 127645,5 21041,7 112500 31416 31256 58390,7 44612,8 30000 28125 31416 29847,0 7083,3 49087 46875 39375 45112,3 12161,5 141862,5 159043 5625 102176,8 (II)Promedio general muestra 17791,6 79727,6 elementos de comparación Tabla 4.16 Factor superficial de ajuste (FSA) Valor del factor superficial de ajuste = (II)/(I) Página 71 de 115 4,48 D. Obtención de resultados: Conteo de diatomeas, cálculo del porcentaje y corrección de dato El conteo se realizó comparando la cantidad contada de diatomeas con el contenido total de elementos observables en el mismo campo. Los otros elementos considerados, fueron fragmentos de cristales, de vidrios y limonitas, y glomérulos de arcilla. En la Tabla 4.17 se presentan los datos correspondientes a la muestra NBPC a fin de ejemplificar el procedimiento. Los valores en A y B corresponden a dos conteos distintos sobre la misma muestra, los cuales fueron luego promediados para poder disminuir posibles errores. Se procedió de igual manera con las demás muestras. Tabla 4.17 Contenido de diatomeas y otros elementos para las muestras observadas NBPC A y NBPC B, junto con sus promedios Campo Nº Fracción de interés Diatomeas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Totales 10,5 9 18 8 11 5 12 15 11 13 112,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Totales 22 13 21 14 17 18 23 19 18 12 177 Otros elementos Glomérulos de arcilla Fragmentos de cristales y otros Muestra NBPC A 10 11 5 18 12 9 10 8 6 5 94 Muestra NBPC B 16 5 27 10 10 15 16 14 7 14 134 Página 72 de 115 Total muestra 2 4 7 4 7 5 6 6 8 4 53 22,5 24 30 30 30 19 28 29 25 22 259,5 5 6 8 12 3 8 7 6 3 7 65 43 24 56 36 30 41 46 39 28 33 376 Las diatomeas fueron contadas en su mayoría por individuos cuando se encontraban completos, y según el estado de fragmentación, recurriendo a un método de conteo. Este método de conteo es el expuesto por Xavier Crosta y Nalan Koç (2007). La figura 4.15 orienta sobre la aplicación de este método. Figura 4.15 Convención de conteo para los principales grupos de diatomeas. La convención de conteo consiste en considerar los fragmentos de diatomeas como equivalentes a una cantidad de individuos. Así, dependiendo el orden de la diatomea y su tipo, la presencia de una de sus partes equivale a una cantidad numérica de individuos que oscila de 0 a 2. Por ejemplo, obsérvese en la Figura 4.15 el caso de la diatomea tipo Thalassionema, Orden Pennales. De encontrarse 2 extremos de diatomea, se cuenta 1 individuo. De contarse 1 extremo y parte del cuerpo de la diatomea, se cuenta ½ individuo. Y si se cuenta nada más que el cuerpo de la diatomea, sin sus extremos, se cuenta 0 individuos. Si en una observación al microscopio se observara la misma situación que acaba de describirse, el total de individuos a contar sería de 1 ½. Esta práctica de conteo se realiza en trabajos del campo de la biología, para determinar la abundancia de diatomeas, siendo que para el caso del presente trabajo el método se siguió solo orientativamente, ya que la rigurosidad de la convención no era necesaria para los usos finales de la diatomita industrial, para la cual interesan los fragmentos verdaderamente presentes de diatomita más que los individuos hipotéticamente completos. Realizado el conteo de las diatomeas, se procede al cálculo según lo indicado por las ecuaciones 4.7 y 4.8. El contenido de diatomeas estimado para NBPC aparece en la Tabla 4.18, en la columna de valores preliminares. El valor corregido con el FSA es el que aparece en la columna de valores finales. Página 73 de 115 Tabla 4.18 Contenido de diatomeas (%) MUESTRA VALORES PRELIMINARES VALORES FINALES NBPC A 43,4 14,6 NBPC B 47,1 16,6 4.8 RESULTADOS OBTENIDOS Se realizó el conteo de diatomeas y de otros elementos en las CINCO muestras de la mina Renqueña que son objeto de este estudio. Los resultados obtenidos se exponen a continuación en la Tabla 4.19 (las tablas completas con todos los resultados del cálculo se presentan en el Anexo A). Tabla 4.19 Contenido de diatomeas (%) Muestra A Factor Muestra superficial de ajuste Valor preliminar Muestra B Valor Valor preliminar preliminar ajustado Valor preliminar ajustado Valor preliminar ajustado promedio NBPC 4,48 43,35 14,59 47,07 16,56 15,54 NBM1 13,64 43,14 5,27 38,08 4,31 4,79 NGM2 4,63 81,84 49,30 75,34 39,73 44,51 NRM3 13,85 46,45 5,90 55,98 8,41 7,15 NVM4 93,15 0,36 0,00393 0,58 0,00630 0,0051 Página 74 de 115 CAPÍTULO 5 DISCUSIÓN 5.1 PRESENTACIÓN DE DATOS Es esperable que una diatomita económicamente aprovechable contenga entre un mínimo de 54 % y un máximo de 95 % de SiO2, entre 2,0 y 2,1 de densidad, y sea blanca. El porcentaje de impurezas tales como arcillas, carbonatos, óxidos de hierro, minerales hidrotermales, arena y materia orgánica, disminuyen su porosidad y las hacen menos aprovechable (SEGEMAR-UNSAM, 2006). Las propiedades mineralógicas, físicas y químicas analizadas en las diatomitas de la mina Renqueña arrojan en comparación, los siguientes resultados: Muestra NBPC Muestra de color gris muy claro (N8), mineralógicamente compuesta por arcillas, plagioclasas, limonitas y 15,54 % de diatomeas los cuales representan un 62,39 % de SiO2, con una densidad de 2,14 g/dm3. Muestra NBM1 Muestra de color gris amarillento (5Y8/1), mineralógicamente compuesta por arcilla, yeso, cuarzo, plagioclasas, limonitas y 4,79 % de diatomeas. Los análisis químicos expresan 70,83 % de sílice, mientras que la densidad obtenida es de 2,08 g/dm3. Muestra NGM2 Muestra color blanco (N9), mineralógicamente compuesta por arcillas, cuarzo, plagioclasas, calcita, limonitas y 36,49 % de diatomeas, con 68,97 % de SiO2, y una densidad de 2,10 g/dm3. Muestra NRM3 Muestra color gris rosado (5YR 8/1), mineralógicamente compuesta por arcilla, cuarzo, plagioclasas, limonitas y 7,15 % de frústulos de diatomeas, con 64,53 % de SiO2 y densidad 2,53 g/dm3. Muestra NVM4 Muestra color gris amarillento (5Y 8/1), mineralógicamente compuesta por arcillas, cuarzo, plagioclasas, limonitas, vidrio y 0,0051 % de frústulos de diatomeas, SiO2 68,38 % y 2,22 g/dm3 de densidad. Siendo el contenido de sílice uno de los valores comúnmente establecidos en la industria para caracterizar la calidad de las diatomitas. La Tabla 5.1 compara los resultados de sílice de los análisis químicos con los mismos resultados obtenidos en las observaciones al microscopio (contenido de frústulos). Además, como dato adicional a la comparación, se hace una estimación del contenido de sílice a partir de los datos arrojados por los estudios de difracción de rayos X (página 63). Para obtener este último valor se estableció primero el aporte de sílice de los porcentajes minerales observados en los rayos X (cómo se estableció este aporte es explicado en la página 79) y se le sumo al contenido de frústulos observado en el microscopio. De esta manera es posible fundamentar mediante la comparación con dos datos, la eficacia de la utilización del análisis microscópico en la evaluación preliminar de una diatomita. Página 75 de 115 Tabla 5.1 Valor estimado de sílice a partir del contenido de sustancia mineral. Comparación con el contenido de SiO2 obtenido en el análisis químico MINERALÓGICO (Difracción de RX) A SiO2 (%) 1 2 3 4 5 6 7 MINERAL Micas y minerales arcillosos Cristobalita Plagioclasa Cuarzo Trazas: yeso, hematita, calcita Frústulos Análisis químico Contenido molecular de SiO2 (%) 53 100 63 100 Cantidades despreciables 100 - - Mineral (%) 94-95 3-4 1-2 trazas Hmt 15,54 62,39 68,99 SiO2 en mineral (%) 49,82 3-4 0,63 0 Mineral (%) 91-92 6-7 2-3 Falta dato Ys-Hmt 4,79 70,83 60,28 SiO2 en mineral (%) 48,23 6-7 1,26 0 Mineral (%) 84-85 6-7 4-5 1-2 Ca-Hmt 36,49 68,97 89.53 Hmt 7,15 64,53 61,27 Hmt 0,0051 68,38 56,44 NBPC NBM1 Muestra MICROSCOPIO NGM2 SiO2 en mineral (%) 44,52 6-7 2,52 0 Mineral (%) 91-92 4-5 3-4 1-2 SiO2 en mineral (%) 48,23 4-5 1,89 0 Mineral (%) 70-71 8-9 18-19 2-3 SiO2 en mineral (%) 37,10 8-9 11,34 0 NRM3 NVM4 Página 77 de 115 8 Estimado (total suma columna 1 a 6) Determinación del contenido de sílice a partir de los datos de difracción de RX Tomando como ejemplo, en la columna 1 de micas y minerales arcillosos, las determinaciones de rayos X indican 94-95 % de esos elementos. Si en una illita tipo, el contenido de sílice molecular es del 53 %, al contener la muestra un 94-95 % de illita, el porcentaje de sílice correspondiente a esta cantidad se deduce será de 49,82 %. Igual procedimiento se emplea para calcular el porcentaje de sílice aportado por la plagioclasa (63 % de contenido molecular de sílice), cuarzo, cristobalita y frústulos (columnas 2 a 6), estos últimos formados por un 100% de SiO2. La suma de la proporción correspondiente a todos los componentes da el resultado que se expone en la columna 8. El procedimiento se aplica a todas las muestras. Página 79 de 115 5.2 CONCLUSIONES Las diatomeas de la mina Renqueña se presentan principalmente en frústulos fragmentados. Las densidades se encuentran en la mayoría de las muestras dentro de los valores aceptados para una diatomita de buena calidad (2,0-2,1 gr/cm3). Presentan mayor cantidad de aluminio y PPC que la diatomita utilizada en filtración industrial. Sólo en uno de los bancos la diatomita analizada exhibe color blanco indicativo de diatomita de buena calidad. El contenido de sílice se encuentra en valores inferiores a los especificados en la publicación Nº 13 del SEGEMAR para diatomita para filtración (Tabla 3.2 de dicha publicación, pág. 34)22. A través de la observación microscópica y conteo de frústulos se puede obtener una aproximación al contenido de sílice que tendrá un banco de diatomita. El contenido de sílice no es indicativo de calidad en la diatomita, sino que lo es el porcentaje de frústulos presentes. A modo de ejemplo, se puede ver que en la muestra NVM4 para 0,0051 % de frústulos, el contenido de sílice es similar a NGM2 que presenta 36,49 % de frústulos. Tabla 5.2 Valores comparados de frústulos y sílice química para dos muestras MUESTRA FRÚSTULOS (%) SÍLICE QUÍMICO (%) NGM2 36,49 68,97 NVM4 0,0051 68,38 El resto de los minerales presentes pueden aumentar el porcentaje de sílice, pero la calidad de la diatomita como roca industrial la darán siempre los frústulos de las diatomeas. El conteo proporcionó resultados dispares para porcentajes similares de SiO2, lo cual sustenta la presente propuesta del conteo como método expeditivo en la prospección de bancos de diatomita. Podemos agregar como conclusión adicional que la diatomita del yacimiento Renqueña es de baja calidad debido la intensa fragmentación de los frústulos y a su escaso contenido. Los valores porcentuales de SiO2 que figuran en dicha publicación para una muestra en tres estados, son: 89,2 (estado natural); 92,8 (estado calcinada) y 89,5 % (estado calcinada con fundentes). 22 Página 80 de 115 BIBLIOGRAFÍA Libros y publicaciones BIBLIOTECA DIRECCIÓN PROVINCIAL DE MINERÍA (sin fecha), del Gobierno de la Provincia del Neuquén. Libro: Diatomitas. Código bibliográfico: FII41. 7 secciones. Consultado: Diciembre de 2015. BREESE, Richard O.Y.; BODYCOMB, Frederick M. (2006); Diatomite en KOGEL, J. E. y otros (2006), Industrial Minerals & Rocks: Commodities, Markets and Uses, 7ª edición, Colorado, EE.UU., publicado por Society for Mining, Metallurgy & Exploration (SME), 2006. 1568 páginas. ISBN: 978-0-87335-233-8 CROSTA, Xavier; KOC, Nalan. (2007). Diatoms: From Micropaleontology to Isotope Geochemistry, en Developments in Marine Geology, Volume I: Proxies in Late Cenozoic Paleoceanography editado por Claude Hillaire–Marcel y Anne De Vernal para Elsevier Science. 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Disponible en: <https://es.wikipedia.org/wiki/Diatomea> Página 84 de 115 ANEXO A ANEXO A ~ Tablas ~ Página 85 de 115 Tabla A.1 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste para muestra NBPC A DIATOMEAS Área I (µm2) Campo Nº D1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D2 D3 46875 31416 25000 17671 17671 7854 25000 4375 1963,5 62500 3125 3068 7500 3068 1250 15000 1963,5 3750 57500 3750 1875 125000 1963,5 6875 13125 3125 5000 28750 2812,5 4922 Promedio general muestra diatomeas (I) Promedio parcial de áreas por campo (µm2) 34430,3 14398,7 10446,2 22897,7 3939,3 6904,5 21041,7 44612,8 7083,3 12161,5 17791,6 ELEMENTOS DE COMPARACIÓN Promedio Área II (µm2) parcial de áreas por campo E1 E2 E3 (µm2) 31250 23437,5 24053 26246,8 196349 12500 110447 106432,0 281250 49087 34375 121570,7 127500 7812,5 13625 49645,8 234375 125000 31250 130208,3 137500 196349,5 49087 127645,5 112500 31416 31256 58390,7 30000 28125 31416 29847,0 49087 46875 39375 45112,3 141862,5 159043 5625 102176,8 Promedio general muestra 79727,6 elementos de comparación (II) Tabla A.2 Valor del superficial de ajuste NBPC (II)/(I) 4,48 Página 87 de 115 Tabla A.3 Conteo de los elementos observables NBPC Campo Nº Fracción de interés Otros elementos Total Glomérulos Fragmentos muestra Diatomeas de arcilla de cristal Muestra NBPC A 1 10,5 10 2 22,5 2 9 11 4 24 3 18 5 7 30 4 8 18 4 30 5 11 12 7 30 6 5 9 5 19 7 12 10 6 28 8 15 8 6 29 9 11 6 8 25 10 13 5 4 22 Totales 112,5 94 53 259,5 Muestra NBPC B 1 22 16 5 43 2 13 5 6 24 3 21 27 8 56 4 14 10 12 36 5 17 10 3 30 6 18 15 8 41 7 23 16 7 46 8 19 14 6 39 9 18 7 3 28 10 12 14 7 33 Totales 177 134 65 376 Tabla A.4 Contenido de diatomeas NBPC (%) Muestra Valores preliminares (%) Valores finales (con factor de conversión) 43,4 14,6 NBPC A 47,1 16,6 NBPC B Página 88 de 115 Tabla A.5 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste para muestra NBM1 A DIATOMEAS Área I (µm2) Campo Nº D1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D2 D3 4418 3068 1963,5 24375 7088 1963,5 3068 2500 4418 10562,5 1250 1963,5 1250 1963,5 1562,5 31250 1963,5 5000 15000 1104,5 1000 11719 18750 4418 18750 4687,5 6250 56250 15000 6562,5 Promedio general muestra diatomeas (I) OTROS ELEMENTOS Promedio Promedio Área II (µm2) parcial de parcial de áreas por áreas por campo campo E1 E2 E3 2 (µm ) (µm2) 3149,8 22500 154375 59396 78757,0 11142,2 196349,5 18750 70686 95261,8 3328,7 96211 87500 46875 76862,0 4592,0 93750 216475,5 100000 136741,8 1592,0 262500 65625 62500 130208,3 12737,8 112500 375000 39761 175753,7 5701,5 162500 141862,5 43750 116037,5 11629,0 187500 140625 250000 192708,3 9895,8 143750 159043 109375 137389,3 25937,5 187500 39761 25000 84087,0 Promedio general muestra 8970,6 122380,7 elementos de comparación (II) Tabla A.6 Valor del factor superficial de ajuste para NBM1 (II)/(I) 13,64 Página 89 de 115 Tabla A.7 Conteo de los elementos observables NBM1 Campo Nº Fracción de interés Otros elementos Total Fragmentos muestra Glomérulos Diatomeas de cristal y de arcilla otros Muestra NBM1 A 1 15 11 2 28 2 16 8 7 31 3 18 16 7 41 4 9 13 7 29 5 12 17 5 34 6 18 22 9 49 7 19 9 7 35 8 22 12 3 37 9 13 18 4 35 10 9 16 6 31 Totales 151 142 57 350 Muestra NBM1 B 1 15 13 4 32 2 9 13 2 24 3 8 12 1 21 4 11 10 5 26 5 9 17 4 30 6 8 23 5 36 7 14 9 4 27 8 12 12 5 29 9 8 9 3 20 10 13 19 4 36 Totales 107 137 37 281 Tabla A.8 Contenido de diatomeas NBM1 (%) Muestra NBM1 A NBM1 B Valores preliminares (%) 43,1 38,1 Valores finales (con factor de conversión) 5,3 4,3 Página 90 de 115 Tabla A.9 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste para muestra NGM2 A DIATOMEAS Campo Nº Área I (µm2) D1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D2 31250 26250 50000 21875 26250 16375 22500 46875 37500 30625 39375 17671 71250 18750 75000 49087 17671 49087 39375 65625 Promedio general muestra diatomeas (I) D3 4417 4418 6013 37500 20000 18750 26257 17671 12272 4418 OTROS ELEMENTOS Promedio parcial de áreas por campo (µm2) 20639,0 25431,0 16212,7 35625,0 29375,0 25265,3 38752,3 47252,7 26343,3 36472,7 Área II (µm2) E1 E2 E3 259672 110446 15904 259672 49087 49087 281250 39761 82958 12500 24053 62500 281250 65625 17671 412825 39760 59396 82957 371875 156250 24053 196349 650000 18750 96211 31416 375000 39761 24051 Promedio general muestra 30136,9 elementos de comparación (II) Tabla A.10 Valor del factor superficial de ajuste para NGM2 (II)/(I) 4,63 Página 91 de 115 Promedio parcial de áreas por campo (µm2) 128674,0 119282,0 134656,3 33017,7 121515,3 170660,3 203694,0 290134,0 48792,3 146270,7 139669,7 Tabla A.11 Conteo de los elementos observables Campo Nº Fracción de interés Otros elementos Total Fragmentos muestra Glomérulos Diatomeas de cristal y de arcilla otros Muestra NGM2 A 1 59 8 2 69 2 61 12 4 77 3 61 9 5 75 4 61 15 3 79 5 76 6 4 86 6 70 9 9 88 7 47 7 5 59 8 66 6 6 78 9 55 11 4 70 10 75 7 8 90 Totales 631 90 50 771 Muestra NGM2 B 1 57 8 4 69 2 55 15 9 79 3 70 22 11 103 4 54 11 5 70 5 45 14 6 65 6 54 9 6 69 7 57 8 5 70 8 48 13 4 65 9 60 9 6 75 10 50 10 5 65 Totales 550 119 61 730 Tabla A.12 Contenido de diatomeas (%) Muestra NGM2 A NGM2 B Valores preliminares (%) 81,8 75,3 Valores finales (con factor de conversión) 49,3 39,7 Página 92 de 115 Tabla A.13 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste para muestra NRM3 A DIATOMEAS Campo Nº Área I (µm2) D1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D2 D3 3750 50000 31250 7854 937,5 61250 17500 5000 4418 3750 1963,5 1963,5 21875 17500 17500 3750 5000 7500 6250 22500 28274 30000 11250 7854 7500 6250 4418 25000 1562,5 4687,5 Promedio general muestra diatomeas (I) OTROS ELEMENTOS Promedio Promedio Área II (µm2) parcial de parcial de áreas por áreas por campo campo E1 E2 E3 2 (µm ) (µm2) 28333,3 500000 110446,5 46875 219107,2 23347,2 330625 187500 96211 204778,7 8972,7 281250 93750 37500 137500,0 2559,0 441786,5 49087,5 21875 170916,3 18958,3 234375 87500 110446,5 144107,2 5416,7 468750 49087,5 306796 274877,8 19008,0 331831 100000 125000 185610,3 16368,0 625000 196349,5 110446,5 310598,7 6056,0 87500 49087 50000 62195,7 10416,7 441786,5 110446,5 110446,5 220893,2 Promedio general muestra 13943,6 193058,5 elementos de comparación (II) Tabla A.14 Valor del factor superficial de ajuste para NRM3 (II)/(I) 13,85 Página 93 de 115 Tabla A.15 Conteo de los elementos observables Campo Nº Fracción de interés Otros elementos Total Fragmentos muestra Glomérulos Diatomeas de cristal y de arcilla otros Muestra NRM3 A 1 17 8 4 29 2 17 25 9 51 3 22 25 7 54 4 22 23 3 48 5 26 13 6 45 6 15 19 2 36 7 16 17 4 37 8 13 10 6 29 9 17 27 12 56 10 38 13 1 52 Totales 203 180 54 437 Muestra NRM3 B 1 15 5 0 20 2 4 6 0 10 3 19 13 3 35 4 7 6 3 16 5 13 8 4 25 6 17 17 4 38 7 10 6 1 17 8 12 7 2 21 9 21 10 2 33 10 13 5 1 19 Totales 131 83 20 234 Tabla A.16 Contenido de diatomeas (%) Muestra Valores preliminares (%) Valores finales (con factor de conversión) 46,5 5,9 NRM3 A 56,0 8,4 NRM3 B Página 94 de 115 Tabla A.17 Mediciones para el cálculo del factor superficial de ajuste para muestra NVM4 A DIATOMEAS Área I (µm2) Campo Nº D1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D2 D3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 49087 0 0 0 0 0 0 0 0 7854 Promedio general muestra diatomeas (I) OTROS ELEMENTOS Promedio Promedio Área II (µm2) parcial de parcial de áreas por áreas por campo campo E1 E2 E3 2 (µm ) (µm2) 0,0 196349,5 187500 105000 162949,8 0,0 281250 109375 93750 161458,3 0,0 93750 24053 137500 85101,0 0,0 284375 234375 84375 201041,7 0,0 218750 196349,5 281250 232116,5 0,0 125000 93750 50000 89583,3 16362,3 375000 125000 156250 218750,0 0,0 125000 468750 187500 260416,7 0,0 162500 312500 110446,5 195148,8 2618,0 187500 234375 62500 161458,3 Promedio general muestra 1898,0 176802,5 elementos de comparación (II) Tabla A.18 Valor del factor superficial de ajuste para NVM4 (II)/(I) 93,15 Página 95 de 115 Tabla A.19 Conteo de los elementos observables Campo Nº Fracción de interés Diatomeas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Totales 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Totales 1 0 0 0 0 0 2 0 0 0 3 Otros elementos Total Fragmentos muestra Glomérulos Fragmentos de cristal y de arcilla de pómez otros Muestra NMV4 A 9 39 9 57 7 31 5 43 8 49 6 63 8 37 5 50 6 42 4 52 10 50 7 67 6 40 7 54 10 48 8 66 3 26 6 35 6 47 7 61 73 409 64 548 Muestra NMV4 B 3 36 3 43 6 30 6 42 9 43 11 63 7 45 13 65 8 44 8 60 10 34 7 51 7 38 8 55 5 22 5 32 4 28 14 46 7 45 5 57 66 365 80 514 Tabla A.20 Contenido de diatomeas (%) Muestra NMV4 A NMV4 B Valores preliminares (%) 0,4 0,6 Valores finales (con factor de conversión) 0,00393 0,00630 Página 96 de 115 Tabla A.21 Contenido de diatomea (%) Muestra A Muestra Factor de ajuste superficial NBPC Muestra B Valor preliminar ajustado promedio Valor preliminar Valor preliminar ajustado Valor preliminar Valor preliminar ajustado 4,48 43,35 14,59 47,07 16,56 15,54 NBM1 13,64 43,14 5,27 38,08 4,31 4,79 NGM2 4,63 81,84 49,30 75,34 39,73 44,51 NRM3 13,85 46,45 5,90 55,98 8,41 7,15 NVM4 93,15 0,36 0,00393 0,58 0,00630 0,0051 Página 97 de 115 Tabla A.22 PPC (Pérdida por calcinación) MUESTRA Dato Crisol Pero crisol NBPC NGM2 NRM3 NVM4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 rayas 9 rayas verticales b 1 3 rayas horizontales 8 8 rayas verticales 4 rayas horizontales 1 raya vertical 11 verticales 24,1551 Peso muestra 1,0083 Peso calcinado 25,0123 % Volátiles (A) 14,99 Promedio de (A) NBM1 14,99 19,802 24,5903 24,7466 1,016 1,0098 1,0032 20,6656 25,4713 25,6214 15,00 12,76 12,78 12,80 25,4133 25,6232 21,068 26,2487 1,0054 1,0347 1,0742 26,2933 26,5039 21,9573 27,1687 14,05 14,35 1,0042 12,37 12,39 Página 98 de 115 12,40 14,20 19,8437 25,4197 1,0565 1,0324 20,8284 26,3825 6,80 6,77 6,74 Tabla A.23 Comparativa de ensayos realizados sobre muestras de diatomita de distintos estratos de la mina Renqueña MUESTRA ESTUDIO REALIZADO Descripción macroscópica (color) NBPC NBM1 NGM2 NRM3 NVM4 Gris muy claro Gris amarillento Blanco (la más blanca de las muestras) Gris rosado Gris amarillento Escasos fragmentos de cristales. Abundantes glomérulos. Escasas diatomeas. Abundantes diatomeas y glomérulos de arcilla. Relativamente escasos fragmentos de cristales. 12,7 12,3 Cantidades similares de diatomeas y glomérulos de arcilla. Fragmentos cristalinos relativamente abundantes. 14,2 PPC Relativamente abundantes diatomeas y fragmentos de cristales abundantes. Abundantes glomérulos de arcilla. 14,9 SiO2 62,3 70,8 68,9 64,5 68,3 14,34 8,3 10,4 12,7 14,35 2,8 4,4 3,4 3,5 1,9 2,1, 1,3 1,6 1,9 0,6 1,6 1,1 1,2 1,3 1,16 0,25 0,27 Arcilla, feldespato, cuarzo, limonita, yeso. 0,16 Arcilla, feldespato, cuarzo, limonita, carbonato, yeso. 0,23 0,3 Arcilla, feldespato, cuarzo, limonita, yeso. Arcilla, feldespato, cuarzo, limonita, yeso. 2,14 2,08 2,10 2,53 2,22 15,54 4,79 44,51 7,15 0,0051 Descripción microscópica Espectrómetro Al2O3 de fluorescencia Fe2O3 de RX25 MgO (%) CaO SO3 Difracción de RX por método del polvo (minerales hallados) Densidad absoluta26 (gr/cm3) Contenido de diatomeas (%). Valor corregido Arcilla, feldespato, limonita. Fragmentos vítreos muy abundantes. Casi nulas cantidades de diatomeas y glomérulos de arcilla. Abundantes fragmentos de cristales. 6,7 En la industria se utiliza como principal indicador de calidad de la diatomita, el contenido de porcentual de SiO 2. Se consideran las siguientes calidades: < 70 % mala calidad; > 70 % buena calidad con procesamiento; > 80 % buena calidad sin procesamiento; > 90 % muy buena a excelente calidad. 26 Valor densidad absoluta diatomita comerciable: 2,0 a 2,1 gr/dm3 25 Página 99 de 115 ANEXO B ANEXO B ~ Difractogramas ~ Página 101 de 115 Página 102 de 115 Figura B.1. Difractograma de la muestra NBPC. Página 103 de 115 Figura B.2. Difractograma de la muestra NBM1. Página 105 de 115 Figura B.3. Difractograma de la muestra NGM2. Página 107 de 115 Figura B.4. Difractograma de la muestra NRM3. Página 109 de 115 Figura B.5. Difractograma de la muestra NVM4. Página 111 de 115 Figura B.6. Difractograma comparativo en el que se muestra el bajo contenido de hierro de las muestras NGM2 y NVM4, en comparación con las muestras NBPC, NBM1 y NRM3. Página 113 de 115 FIN Página 115 de 115