Exploración y Explotación de Yacimientos Minerales: Métodos y Etapas

Clasificación de Depósitos Minerales

Tipos de Minerales

• Metálicos: oro, plata, platino, hierro, cobre, zinc, estaño
• No metálicos: carbón, turba, yeso, caliza, arcilla, calcita
• Piedras ornamentales y de construcción: pizarra, mármol, arenisca, granito, riolita, ópalo, gemas

Definiciones Clave

• Mineral: Elemento o compuesto inorgánico de ocurrencia natural, con estructura interna ordenada y con composición química, forma cristalina y propiedades físicas características.
• Roca: Agregado formado naturalmente de uno o más tipos de partículas minerales.

Desde un Punto de Vista Económico

• Mineral: Un depósito mineral que tiene suficiente utilidad y valor para ser explotado generando un beneficio económico.
• Ganga: Las partículas minerales sin valor en un depósito mineral, que deben descartarse.
• Lastre: El material asociado a un depósito mineral que debe extraerse para poder acceder al mineral y debe luego descartarse.

Clasificación de Depósitos

• Depósitos metálicos:
  • Metales ferrosos (hierro, manganeso, molibdeno y tungsteno)
  • Metales básicos (cobre, plomo, zinc y estaño)
  • Metales preciosos (oro, plata, grupo del platino [rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio, platino])
  • Minerales radioactivos (uranio, torio y radio)
• Depósitos no metálicos (minerales industriales):
  • Minerales no combustibles y no metálicos
  • Incluye: fosfatos, potasa, halita, arena, grava, areniscas, azufre y muchos otros.
• Depósitos de combustibles fósiles:
  • Sustancias minerales orgánicas que pueden ser utilizadas como combustibles
  • Incluye: carbón, petróleo, gas natural, metano, arenas bituminosas

Proceso de Explotación Minera

Yacimiento > Mina > Procesamiento > Comercialización

Antes de la Explotación

Búsqueda (geología) > Estimación (muestreo) > Proyecto (ingeniería) > Obras (infraestructura básica)

Normas > Especificaciones > Finanzas > Fletes > Estudio de mercado > Nuevas aplicaciones

Explotación

Desarrollo minero / Arranque > Perforación y tronadura

Manejo > Carguío y transporte

Después de la Explotación

Ingeniería de procesos / Investigación / Control de calidad / Control ambiental / Control de procesos

Etapas de una Mina

• Exploración: 5 años (50+ millones)
• Factibilidad: 4 años (50+ millones)
• Ingeniería: 3 años (100+ millones)
• Construcción: 3 años (600+ millones)
• Operaciones: 2+ años (200+ millones)

Etapas de un Proyecto Minero

Prospección

Búsqueda de depósitos minerales, mediante la identificación de anomalías con métodos directos e indirectos

• Directos: Estudio de afloramientos, estudios geológicos de superficie, fotografías aéreas, mapeos estructurales, estudios de microscopía.
• Indirectos: Geofísica (métodos gravimétricos, sísmicos, magnéticos, eléctricos, electromagnéticos, radiométricos), geoquímica, geobotánica.

Exploración

Determinar de la mejor manera posible extensión (volumen) y calidad (ley) del mineral con valor económico

• Muestreo representativo + análisis químico y testeo metalúrgico.
• Muestras de mano, canales, túneles de exploración y sondajes.

Concluye con un estudio de factibilidad.

Desarrollo

• Acceso al mineral
• Requiere una EIA previa
• Adquisición de derechos sobre propiedad minera, derechos de agua, infraestructura eléctrica, caminos, etc.
• Minería de superficie: extraer sobrecarga (pre-stripping)
• Minería subterránea: construcción de galerías y piques > acceso a personal, equipos
• Desarrollo continuo una vez iniciada la explotación

Explotación

• Debe alimentar de manera ininterrumpida a la planta
• Método de explotación depende de:
  • Forma
  • Tamaño
  • Emplazamiento (profundidad)
  • Factores económicos, tecnológicos, estratégicos, de seguridad
• Superficial: rajo, cantera, placeres
• Subterráneo: autosoportado, relleno, hundimiento

Recuperación (Cierre de Minas)

• Devolver el medio a una situación cercana a la inicial: recuperar la topografía, vegetación, restaurar la calidad del suelo y del agua.
• Es un proceso que debe pensarse desde el inicio de los desarrollos e integrarse en la planificación de la operación > concepto de sustentabilidad

Procesamiento del Mineral

La Mina Entrega Rocas

• Se debe “liberar” el mineral de interés de la roca
  • Preparación mecánica
    • Conminución (reducción de tamaño de las partículas)
    • Separación o clasificación
    • Concepto de liberación
  • Concentración de minerales
    • Separación selectiva de minerales
    • Se agrega agua
  • Separación sólido / líquido

Extracción del Elemento de Interés

Ya tenemos el mineral (p. ej. Calcopirita)

• Ahora queremos recuperar el elemento de interés (p. ej. Cobre)
  • Minerales sulfurados: Flotación / Fundición / Refinación
  • Minerales oxidados: Lixiviación / Extracción por solvente / Electroobtención

Métodos de Explotación

Cielo Abierto

• Generalmente aplicado a yacimientos de baja ley y superficiales
• Ritmo de producción > 20,000 tpd
• Moderadamente selectivo ya que posee la facilidad de vaciar el estéril en botaderos
• Desafíos en el diseño:
  • Manejo de la razón estéril/mineral y su evolución en el tiempo
  • Ubicación de las rampas de acceso y producción
  • Diseño de las flotas de equipos
  • Estabilidad de las paredes del rajo

Subterránea

• Utilizado para yacimientos de mediana y alta ley
• Ritmos de producción 500-50000 tpd
• Más selectivo que el método de cielo abierto excepto por los métodos por hundimiento
• Problemas de diseño:
  • Geometría de la mina subterránea
  • Estabilidad y soporte
  • Ubicación de los accesos
  • Logística para el transporte y movimiento de mineral subterráneo

Componentes de la Minería Subterránea

Accesos horizontales / Chimenea / Rampas / Caserones

Tipos de Minería Subterránea

• Soportado por pilares:
  • Room and pillar
  • Sublevel stoping
• Hundimiento:
  • Sublevel caving
  • Block caving
• Relleno:
  • Shrinkage
  • Cut and fill

Room and Pillar

• Cuerpos mineralizados con potencias mayores a 10m y menores a 30m se explotan por subniveles desde el techo al piso.
• Baja dilución menor a 5%
• Recuperación baja menor a 75%
• Costo de producción 10-20 $/t

Sublevel Stoping

• El cuerpo mineralizado es dividido en diferentes caserones separados por losas y muros
• Baja dilución, menor a 8%
• Baja recuperación menor a 75%
• Costo 12-25 $/t
• En algunos casos se deben rellenar los caserones luego de extraído el mineral

Cut and Fill

• Baja dilución menor a 2%
• Alta recuperación mayor a 90%
• Alto costo de producción 40-150 $/t
• Baja productividad 200 a 4500 tpd

Prospección y Exploración: Datos Estadísticos

• 1 de cada 1000 depósitos pasa de prospecto a mina en operación
• 1 de cada 1500 depósitos genera retornos altos
• 2.3 descubrimientos de clase mundial al año con un costo de US$ 290 millones por depósito
• Al menos 50 proyectos mineros se inician cada año con inversiones que van desde los US$ 2.4 millones hasta US$ 2800 millones
• Inversión promedio (1999) era de US$ 400 millones por proyecto

Técnicas de Búsqueda

• Directa > Afloramientos
  • Examen físico
  • Estudio geológico
  • Mapeos geológicos
  • Muestreo
• Indirecta > Depósitos cubiertos
  • Geofísica
  • Geoquímica
  • Geobotánica

Pasos para Encontrar un Yacimiento

1. Buscar reportes geológicos y otra literatura técnica
2. Estudiar mapas geológicos y de superficie disponibles
3. Estudiar fotos aéreas y satelitales disponibles
4. Preparar mapas geológicos a partir de la información disponible y nueva información aérea
5. Realizar estudios geofísicos aéreos del área en estudio
6. Establecer una base de operaciones en terreno, llevar un control del mapeo y organizar los equipos de trabajo en terreno
7. Conducir levantamientos de terreno preliminares geológicos, geofísicos y/o geoquímicos
8. Consolidar y analizar la información colectada

Métodos de Prospección y Exploración

Geológicos

Recopilación de información / Estudio fotogeológico / Examen aéreo / Examen de afloramiento / Mapeo de sondaje / Mapeo e investigación

Geoquímica

Muestreo de sedimentos de flujo / Muestreo de agua / Muestreo de roca / Ensayos

Geofísica Aérea

Levantamientos aeromagnéticos, electromagnéticos, radiométricos.

Geofísica Terrestre

Gravedad, radiometría, magnetismo, sísmica, resistividad, potencial, polarización inducida

Geofísica

Mide y permite interpretar las propiedades físicas de la tierra (y otros cuerpos).

Muestreo

• Canales, zanjas
• Perforación rotatoria
• Perforación con recuperación de testigo
• Levantamiento de galería o pique de exploración

Pórfidos

Los depósitos del tipo pórfido cuprífero comprenden yacimientos de gran volumen de mineralización primaria de sulfuros de cobre-hierro y hierro, en general hospedados y directamente asociados a cuerpos intrusivos porfíricos, pero en ningún caso estrictamente restringidos a roca intrusiva.

• Depósitos Epigenéticos: mineralización de sulfuros hipógenos (primarios) introducidos en las rocas.

Geoestadística

Estadística

Se ocupa de los métodos científicos para recolectar, organizar, resumir, presentar y analizar datos así como obtener conclusiones válidas y tomar decisiones razonables sobre la base de dicho análisis.

Geoestadística

Es una rama de la estadística aplicada que pone énfasis en:

• El contexto geológico de los datos,
• La relación espacial entre los datos, y
• Datos medidos con un soporte volumétrico y precisión diferentes.

La geoestadística es útil para:

• Cuantificar aspectos geológicos.
• Estimación / Simulación.
• Cuantificación de la incertidumbre.
• Diseño de muestra.
• Análisis de riesgo.

Ecuación de la Recta de Regresión

Es un promedio ponderado de la ley de los valores periféricos y de la media del sector. Origen del kriging

Combinación de Características Geológicas

• Litologías
• Alteraciones
• Mineralización

Modelos Complejos

• Usualmente, se definen varias “poblaciones” litológicas, de alteración, de mineralización, etc.
• Unidades geológicas se definen en base a estas características

Problema de la Estimación

Asumimos que estamos trabajando dentro de una unidad geológica consistente

Estimación

Definiremos estimadores con ciertas características:

• Lineal: el valor estimado es una combinación lineal de los datos disponibles (usualmente en una vecindad del punto a estimar)
• Insesgado: en promedio, el estimador entrega el valor correcto, sin sesgo sistemático (pero con cierta imprecisión)
• Óptimo: el estimador será tal que minimice la varianza del error de estimación (será por lo tanto el más preciso).

Estimadores Lineales Ponderados

¿Qué factores podrían considerarse en la asignación de los ponderadores?

• Cercanía a la posición que está siendo estimada
• Redundancia entre los valores de datos
• Continuidad anisótropa (dirección preferencial)
• Magnitud de la continuidad / variabilidad

Asignar todos los ponderadores a los datos más cercanos (estimador tipo poligonal)

Asignar los ponderadores inversamente proporcional a la distancia de la posición que se está estimando (esquemas de inverso de la distancia)

Kriging

Es “una colección de técnicas generalizadas de regresión lineal para minimizar una varianza de estimación definida de un modelo a priori de covarianza”

Es el mejor estimador lineal insesgado.

Kriging Simple

• Asume la media constante y conocida
• Como veremos más adelante, es la base de los métodos de simulación
• Puede calcularse también para estimar el valor sobre un bloque
• No se usa en la práctica para estimar
• Considera:
  • Geometría del volumen a estimar:
  • Distancia de la información:
  • Configuración de los datos:
  • Continuidad estructural de la variable considerada:
• El efecto suavizador de kriging puede predecirse

Kriging Ordinario

En la mayoría de los casos la media es desconocida

• Kriging Ordinario: estimador lineal que no considera la media conocida

Problemáticas en la Estimación

• Modelamiento geo-minero-metalúrgico
• Modelamiento multivariable con restricciones
• Optimización para diseño considerando escenarios simulados