10. TIERRAS RARAS EN CHILE
A continuación se detallan los estudios o investigaciones que han sido realizado en el norte de Chile con respecto a las tierras raras.
La Corporación de Fomento de la Producción (CORFO) a través del Comité de Sales Mixtas inició un estudio básico orientado a investigar la posibilidad de encontrar cantidades económicamente significativas de elementos de tierras raras, dada la importancia tecnológica que en los últimos años han adquirido las tierras raras (TR). Planteándose como objetivos evaluar el contenido de TR en rocas ígneas muy diferenciadas y en sedimentos derivados de ellas en las cuencas de las regiones I y II; y evaluar su abundancia en rocas sedimentarias (caliza y apatita), que por su composición química o características estructurales pudieran tener afinidad por uno o más elementos del grupo en las regiones III y IV. Las muestras recolectadas fueron primeramente, analizadas al microscopio y por difracción de rayos X, con el objeto de determinar su composición modal y grado de pureza. Luego, las muestras seleccionadas fueron sometidas a un análisis por TR usando el método de activación neutrónica instrumental, pues este método ofrece las mayores ventajas, en cuanto a exactitud, en la determinación de dichos elementos. La abundancia de TR en rocas ígneas (plutónicas y volcánicas), sedimentos no consolidados y en rocas sedimentarias investigadas no superan las 1000 ppm, lo cual dista de ser de importancia comercial. La investigación dio como resultado que en las apatitas de El Laco (II Región) y las de las minas Yungay y El Arrayan (III Región) se obtuvo como contenido total de TR, expresado como óxido de TR, un valor superior a 8.000 ppm., valor que es considerado de interés económico.
Este trabajo tuvo como objetivo estudiar el contenido y distribución de las Tierras Raras (TR) en las apatitas del yacimiento de hierro “El Algarrobo”, con la finalidad de aprovecharlas como subproducto de la minería del hierro y a la obtención de información acerca de petrogénesis del yacimiento. Con la finalidad de cumplir los objetivos se muestrearon, estudiaron petrográficamente y analizaron por elementos mayores y trazas, apatitas y rocas del yacimiento El Algarrobo, apatitas del distrito El Arrayán, concentrados de apatita de las colas de la Planta de Pellets y de los rechazos de la Planta de beneficio de Minas El Algarrobo. Con respecto a los resultados obtenidos, se pudo decir que el potencial económico de las Tierras Raras considerando solamente su forma metálica,
constituye sobre el 80%, en peso, del total de Tierras Raras e itrio, siendo principalmente de La, Ce, Nd e Y. Los análisis por Difracción de Rayos X realizados a las apatitas del yacimiento “El Algarrobo” son principalmente, de la variedad fluorapatita debido a su estructura cristalina pero son químicamente cloroapatitas y en estricto rigor clorofluorapatita, lo que lleva a pensar que inicialmente fueron fluorapatitas. Esto se debe posiblemente a que después de la formación de apatita, hubo un aporte importante de cloro. En relación al análisis factorial y la petrografía se pudo decir que hubo una formación de dos fases: una fluida, compuesta por TR, Sc, Co y P; y una fase silicatada, compuesta por actinolita, feldespato y cuarzo. Ambas fases constituyen el mineral a explotar. Esto significa que se está en presencia de un magma de mena, constituido por tres fases: una fase rica en hierro (magnetita), la fase silicatada y la fase fluida. Desde el punto de vista petrográfico se definieron cinco tipos de apatita que poseen patrones característicos de TR: el tipo A, B, C son anteriores a la cristalización de la mena (La/Sm)nc 1, o sea, enriquecidas en TRL. Los tipos D y E, son posteriores a su cristalización (La/Sm)nc < 1, o sea, empobrecidas en TRL. Lo que se concluyo, que el fluido que cristalizó la apatita, se empobreció progresivamente en TR. Por lo que, la concentración de TRL varió en el tiempo. Debido a que el empobrecimiento de TRL en las apatitas, no se explica totalmente por la cristalización. Evidencias de terreno permiten concluir que en el yacimiento ha ocurrido la removilización de apatita. En solución hidrotermal, las TR, forman complejos donde las TRL son menos estables que las TRP, es decir, son susceptibles a formar dichos complejos. Por lo que, las TRL precipitan primero, enriqueciendo las soluciones residuales en TRP y las TRL reemplazarían al Ca de los minerales que posean. Debido a esto, en las últimas etapas de cristalización, la apatita presentará una alta razón TRP/TRL. Las apatitas que podrían aprovecharse económicamente provienen de las colas del Proceso de Peletización, rechazos de la Planta de Beneficio y minas del Distrito El Arrayán. Para la evaluación del potencial de las TR contenidas en las apatitas de la Planta de Beneficio se consideró la abundancia de TR del concentrado obtenido por flotación. Bajo contenido de apatita del 12,5%, es díficil obtener mejores concentrados porque las leyes de los rechazos no superan el 2% de P2O5, contenido muy bajo para el proceso de flotación de apatita con recuperaciones aceptables. Se evaluó la cantidad de apatita que queda en los rechazos del procesamiento de 1 millón de toneladas de mineral de hierro, obteniéndose aproximadamente 8200 toneladas de apatita, considerando una alimentación a planta de un mineral de hierro con 0,45% de P de cabeza.
La concentración de TR, considerada en la evaluación del potencial económico de las apatitas en el Distrito El Arrayán, corresponde al promedio de las abundancias de tres muestras obtenidas por concentración manual y magnética, referida a una tonelada de apatita. En el caso de las colas del Proceso de Peletización se consideró un millón de toneladas de mineral de hierro, que corresponden a 14.250 de toneladas de apatita, considerando una ley media de 0,45% de P para el mineral de hierro. El contenido de apatita en los concentrados obtenidos es del orden de 75%. En los casos anteriores, existe un factor que implicaría problemas en la obtención de fertilizantes o ácido fosfórico, a partir de apatitas, debido a la presencia de Cl (nocivo), porque produce fuerte corrosión en los equipos. Resumiendo se concluye que las apatitas de los rechazos de la Planta de Beneficio se descartan debido a que los rechazos contienen baja ley de P (<1%), dificultando su recuperación por flotación. Además, posee bajo contenido promedio total de TR (675 ppm) con un potencial económico de 1,5 millones de dólares anuales. El procesamiento de las apatitas del Distrito El Arrayán son las más interesantes, debido al contenido de TR (3.922 ppm), con un potencial económico de 1.264 dólares en base a 1 ton de apatita. La desventaja la constituye lo incierto de los recursos involucrados, costo de mina y el transporte del mineral, en el caso de considerarse su explotación. Las apatitas de las colas del Proceso de Peletización, poseen bajo contenido promedio total de TR (826 ppm), pero tiene la ventaja de poseer alta ley de P (entre 1,5 – 2%), un tonelaje de 70.000 toneladas de apatitas anuales y un tamaño adecuado para la flotación de apatita. Sin embargo, es necesario realizar un estudio de prefactibilidad para aprovechar las TR como subproducto. La alternativa que parece más factible, es recuperar los elementos del grupo de las TR que se encuentran en mayor proporción, que son: La, Ce, Nd e Y, que constituyen sobre el 80% del total de TR en las apatitas. Los parámetros que, al parecer inciden más fuertemente en la factibilidad económica del aprovechamiento de las TR en las apatitas son: la inversión necesaria para el procesamiento de las colas y extracción de las TR de las apatitas; el comportamiento metalúrgico y mineralógico de las apatitas del yacimiento en el proceso extractivo de las TR y las condiciones de mercados futuro para las TR. Este informe de elementos de Tierras Raras a partir de un mineral nacional radioactivamente anómalo” que está inserto en el proyecto de “Investigación de la presencia de tierras raras en la Cordillera de la Costa, III Región; Exploración Preliminar Sectores Las Animas, Santo Domingo – Atacama, III Región, Los Mantos IV Región; Exploración Prospecto Cerro Carmen III Región” que se llevo a cabo la Sección de Geología y Minería de la Comisión Chilena de Energía Nuclear en conjunto con ENAMI.
En este estudio se presentan los procedimientos y resultados obtenidos en el desarrollo de diversas tareas como, caracterización química y mineralógica de las muestras de minerales recibidas, procesos químicos de concentración y purificación de algunos de estos minerales y estudio de concentración y purificación de algunos de estos minerales a partir de un concentrado. Los resultados más importantes de este trabajo realizado en el año 1998, indicaron que la mineralización es similar en los tres minerales en estudio (Sierra Áspera, Veracruz y Cerro Carmen), y las tierras raras están asociadas principalmente a minerales de fierro; las recuperaciones en las lixiviaciones efectuadas alcanzan valores del 45% en condiciones normales de presión y temperatura, lo que permite suponer un aumento aplicando temperatura al proceso. Con los valores de pH obtenidos en las precipitaciones efectuadas es posible obtener un alto contenido de TR con el mínimo de impurezas.
Se realizó un análisis de las fracciones de una muestra mineralizada, del sector III del Prospecto Cerro Carmen, correspondientes a la fracción magnética, no magnéticos, esfeno y ganga. La separación se realizó bajo lupa, con aguja, a partir de un mineral disgregado en mortero de ágata, en partículas de alrededor de 1 mm de diámetro. Las fracciones están levemente contaminadas unas de otras. El alto contenido de TR de fracción magnética no se explica por contaminación. El contenido de TR del esfeno (1.900 ppm) es similar al detectado en otras zonas con presencia de TR y radiactivos, al igual que la ortoclasa y perlita. El contenido de la fracción no magnética, compuesta por ilmenita y principalmente davidita y minerales pesados no identificados limonitizados, contienen el 75% (53.000 ppm) de las tierras raras livianas (TRL) del mineral del prospecto. Esta información motivó investigar en forma preliminar la separación gravimétrica de los minerales que contienen las TR. La separación, usando líquidos densos, permitió un aumento promedio de concentración de 701% para La, Ce, Sm, Yb y Lu, 98.1% para Fe, 45.08% para Ti y 118.2% para U. Por otra parte, utilizando un concentrador de espiral en circuito abierto, modelo Humphreys, se logró un aumento de concentración de TR totales de 195%.
Una mineralización similar se encuentra en EEUU en el depósito de hematitamagnetita del condado de Lincoln en el distrito de Prince Mine en el estado de Nuevo México. La mineralogía del depósito corresponde a magnetita, ilmenita, posiblemente davidita, esfeno, escasa calcopirita y pirita. En las regiones III y IV se conocen varias ocurrencias mineralizadas con TR y uranio, con asociaciones mineralógicas similares, algunas presentan idénticas características geológicas. La mayoría de estas ocurrencias se encuentran en rocas volcánicas de la formación Bandurrias en contacto con intrusivos del cretácico medio a superior (Carmen-Vallenar, Productora-Vallenar, El Durazno Recoleta y otros).
La radiometría gamma natural, de cuentas totales, del área del prospecto, se realizó usando un scintilómetro marca Saphimo Stee, se cubrió una superficie de 1.8 Km2 con 10.500 lecturas. La radiometría permitió delimitar con exactitud decimétrica la presencia de mineralización de davidita en las zonas sin cobertura de suelo residual. La presencia de minerales secundarios de uranio, en las arcillas superficiales exageran las dimensiones de las anomalías, pero a su vez permiten detectar mineralización no aflorante. Los trabajos de explotación mediante zanjas se realizaron en los puntos mineralizados 3, 4 y 6 definidos durante la exploración preliminar del prospecto. En el punto mineralizado 3, la asociación y variación espacial de mineralización permite delinear una zona de skarn con una zona progrado de magnetita, ilmenita, esfeno-davidita y metasomatismo potásico y una zona retrogrado con granate, anfíbola, actinolita y crisotilo, biotita, clorita, calcita, ilmenita, davidita, escasa magnetita y esfeno. En el punto mineralizado 4, se subdividió en parte A, B y C. En el punto 4-A, la mineralización diseminada es de ilmenita-davidita-magnetita-esfeno. El punto mineralizado 4-B, corresponde a 3 anomalías radiométricas con mineralización visible de TR, la mineralización primera de davidita fue afectada por la alteración hidrotermal generando minerales secundarios de uranio que impregnan las arcillas residuales. El punto mineralizado 4-C, corresponde al extremo norte de un afloramiento de monzonita en el sentido del lineamiento regional, con diferenciados de monzonita sienítica y de sílice hidrotermal cuarzolíticos, con variedades aplíticas. El punto mineralizado 6, tiene una mineralización diseminada de ilmenitadavidita-magnetita-esfeno y uranio.
Autor: Osvaldo Pavez Ingeniero civil en metalurgia Universidad de Atacama