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Caracterización mineral y química de concentrados de flotación de molibdenita: operacional en la industria vs de frontera por LIBS.
(Universidad de Concepción, 2024) Águila Ovando, Marcela Romina; Velásquez Acosta, Germán Enrique; Álvarez Fuentes, Jonnathan Eduardo
Este estudio aborda la caracterización del molibdeno (Mo) en concentrados de molibdenita, destacando la aplicación de la espectroscopía de plasma inducido por láser (LIBS) como una alternativa rápida y precisa para determinar elementos y con ello fases minerales de manera indirecta y automatizada. El Mo, un metal crucial en la fabricación de acero inoxidable y aleaciones de hierro fundido, tiene una producción significativa en Chile, históricamente vinculada a la extracción de cobre. Para ello en esta memoria se planteó evaluar la posibilidad de determinar el Mo y otros elementos asociados en los concentrados de molibdenita mediante LIBS. Se analizaron cuatro muestras de briquetas de concentrado de molibdenita mediante una caracterización convencional, incluyendo análisis de microscopia óptica, difracción de rayos X (DRX), fluorescencia de rayos X (FRX) y espectroscopía de emisión atómica con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES); complementada con una caracterización mineraloquímica mediante LIBS. La caracterización mineral convencional confirmó la presencia de minerales como molibdenita, bornita, calcopirita, covelina, enargita, pirita, cuarzo y micas en los concentrados. La composición química, determinada por FRX e ICP-OES, destacó elementos clave como Mo, azufre (S), cobre (Cu), hierro (Fe), arsénico (As), silicio (Si) y aluminio (Al). La correlación entre la mineralogía y la composición química fue esencial para comprender la asociación de elementos con minerales específicos. Remarcablemente mediante LIBS fue posible reconocer las señales características (en longitudes de onda) para el Mo y otros elementos, tales como S, Cu, Fe, As, Al, Si y oxígeno (O). Si bien lo anterior era el objetivo que se perseguía, fue incluso posible generar mapas de iso-concentración de los elementos que muestran su distribución a lo largo de la superficie de la muestra y permiten estimar, de manera indirecta, la mineralogía presente. Aunque se identificaron desafíos, como interferencias y baja sensibilidad para el azufre (S), se destaca la capacidad de LIBS para detectar incluso elementos trazas como renio (Re) y tungsteno (W), los cuales son de interés económico, pero no tienen una mena definida. Las imágenes de iso-concentración proporcionaron una visión cualitativa de la distribución elemental del Re y W en las muestras permitiendo proponer un mineral huésped para estos elementos, i.e., la molibdenita. Con esto, LIBS demostró ser una herramienta prometedora para la determinación cuantitativa de Mo en concentrados de molibdenita. La capacidad de identificar elementos traza y la versatilidad de la técnica la convierten en una opción valiosa para la caracterización rápida y no destructiva de muestras minerales, ofreciendo beneficios potenciales para la industria minera chilena y global.
Caracterización mineralógica y mineraloquímica de granos verdes mediante LIBS: implicancias en la exploración “Tight gas” en la Zona Glauconítica del Bloque Arenal, Cuenca de Magallanes.
(Universidad de Concepción, 2025) Zúñiga Oyarzún, Anai Scarlett; Álvarez Fuentes, Jonnathan Eduardo; Velásquez Acosta, Germán Enrique
ENAP Magallanes, una empresa chilena dedicada a la exploración y explotación de yacimientos petrolíferos y gasíferos en Chile, se encuentra en fase de desarrollo del reservorio “Tight gas” Zona Glauconítica en el Bloque Arenal, Cuenca de Magallanes. Este yacimiento representa más del 60% de la producción total, con más de 300 pozos perforados actualmente. La roca reservorio presenta variaciones litológicas que afectan su porosidad y permeabilidad. En este contexto, se ha identificado la presencia de minerales arcillosos de color verde, tales como glauconita, illita, esmectita y cloritas, sin diferenciar, denominados operacionalmente por la empresa como granos verdes, distribuidos en distintas proporciones en las diferentes facies. El presente trabajo caracteriza mineralógica y mineraloquímicamente los granos verdes de las distintas facies de la Zona Glauconítica. Para ello, se han utilizados técnicas estándar para la industria del petróleo, como la microscopía óptica, la difracción de rayos X (XRD) y la microscopía electrónica de barrido (SEM-EDS). Además, se ha incorporado la microsonda electrónica (EPMA) para una caracterización más detallada de la glauconita. La glauconita es un mineral importante como marcador paleoambiental y estratigráfico, debido a su asociación con episodios de trasgresión marina. Su composición química y características cristaloquímicas están influenciadas por el entorno deposicional, lo que provoca variaciones en su hábito y color en luz polarizada plana (LPP), observable bajo el microscopio óptico. Estas variaciones dependen del contenido de Fe, K y Al en su estructura cristalina. La técnica LIBS destaca en la aplicación a la descripción de sondaje, como un análisis mineraloquímico in situ, no destructivo y facilitador del procedimiento analítico respecto a la preparación de muestra. Mediante el apropiado procesamiento de datos y utilizando marcadores químicos como K, Al, Fe, Mg, Ca y Na, fue posible trazar una posible distribución mineralógica en las muestras, estableciendo correlaciones directas entre la composición química y la intensidad en las imágenes de distribución, contribuyendo con una herramienta complementaria al logueo y caracterización de sondaje.
Caracterización mineraloquímica de menas de Ag en vetas epitermales de baja sulfidación aplicando LIBS en muestras de testigo de sondaje. Proyecto Virginia, Santa Cruz, Argentina.
(Universidad de Concepción, 2024) Lobos Zúñiga, Catalina Alicia; Velásquez Acosta, Germán Enrique; Álvarez Fuentes, Jonnathan Eduardo
La plata (Ag) es un elemento de gran importancia económica que se encuentra principalmente en depósitos epitermales, alojada en minerales como la plata nativa (Ag), acantita (Ag2S) y embolita (Ag(Cl,Br)). Uno de los principales desafíos en la caracterización de depósitos minerales es determinar el modo de ocurrencia de los minerales mena de grano fino, cuya distribución suele ser irregular dentro de las vetas cordilleranas epitermales de Au y Ag; información fundamental para la optimización de los procesos geometalúrgicos. En este aspecto, la caracterización mineraloquímica permite determinar la ubicación del mineral de interés, junto a su concentración y modo de ocurrencia. En la presente investigación, se busca caracterizar la química mineral de los minerales de mena y ganga presentes en la zona oxidada de una veta epitermal de baja sulfidación de Ag y Pb. Se realizó en primera instancia una caracterización mineralógica convencional, mediante microscopia óptica, en muestras de testigos de sondaje. Luego, la caracterización mineraloquímica se implementó mediante la técnica LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) combinada con EPMA (Electron Probe Micro-Analysis). La caracterización mineralógica convencional identificó la presencia de acantita, embolita, cuarzo, aluminosilicatos, hematita, magnetita, goethita, coronadita y otras fases oxidadas de Pb sin diferenciar, junto a sus relaciones texturales; lo cual permitió establecer la secuencia paragenética del depósito, con por tres estadios de formación, i.e., pre-mineralización, syn-mineralización primaria y secundaria. De la caracterización mineralógica se determinaron los elementos de interés para el análisis LIBS, obteniéndose señales de plata (Ag), hierro (Fe), plomo (Pb), además de otros elementos contenidos en la matriz como el silicio (Si), aluminio (Al), calcio (Ca), sodio (Na), potasio (K), manganeso (Mn) y oxígeno (O). Sin embargo, no se identificaron señales de cloro (Cl) ni azufre (S), lo cual se atribuye a su alta energía de ionización. Las señales obtenidas mediante LIBS se utilizaron para realizar un análisis de componentes principales (PCA), el cual permitió establecer relaciones mineraloquímicas de las muestras con sus minerales portadores. Con estos resultados, se generaron imágenes de distribución elemental, las cuales permiten estimar, de manera indirecta, la mineralogía presente en las muestras, destacando las regiones de interés (ROI), particularmente para el metal a explorar, i.e., ROI-Ag. La caracterización mineral indirecta obtenida por LIBS es consistente con las especies identificadas por técnicas convencionales, incluyendo menas de Ag, cuarzo, aluminosilicatos, minerales de Fe y fases de Pb. Los análisis EPMA permitieron diferenciar con mayor precisión las menas de Ag (acantita y embolita) y las fases de Pb (sahlinita y piromorfita). Desde un punto de vista geometalúrgico, los resultados obtenidos por la caracterización mineral y mineraloquímica destacan la importancia de conocer los modos de ocurrencia de las menas de Ag para optimizar las estrategias de recuperación, debido a los distintos grados de liberación que presentarían las menas, si están como inclusión mineral en cuarzo o en el borde de granos; además del tipo de flotación de menas mixtas: sulfuros y haluros. Aunque LIBS presenta algunas limitaciones, como la dificultad para detectar elementos con alta energía de ionización, demostró ser una técnica altamente eficaz para la identificación de regiones de interés (ROI) en las muestras de testigos de sondaje, tal como ROI-Ag, contribuyendo a la optimización del logueo de sondajes, en términos de tiempo y precisión. Los resultados de este trabajo no sólo aportan al entendimiento de los procesos en la veta Julia Norte, sino que también destacan el potencial de LIBS para complementar técnicas tradicionales en la exploración mineralógica y sugieren mejoras para su aplicación futura.
Estimación del porcentaje de sulfuro de mena de cobre en testigos de perforación mediante espectrometría de plasma inducido por láser.
(Universidad de Concepción, 2024) Pérez Silva, Fernanda Antonia; Velásquez Acosta, Germán Enrique; Álvarez Fuentes, Jonnathan Eduardo
Chile se ha convertido hoy en día en uno de los principales productores mundiales de cobre. La creciente demanda de este metal ha impulsado la búsqueda y explotación de depósitos a mayores profundidades con menas de sulfuros, planteando el desafío de caracterizar estos depósitos mediante el logueo de testigos sondaje. El proceso convencional de caracterización mineral de estos testigos se basa en la descripción visual, por parte de un experto, junto con la validación de esta descripción por técnicas de mineralogía automatizada. Sin embargo, este proceso es altamente consumidor de tiempo y dinero. Es por esto, en esta memoria se evaluó la viabilidad de usar la Espectrometría de Plasma Inducido por Láser (LIBS) como una técnica complementaria para caracterizar la mineralogía de manera indirecta, y potencialmente agilizar dicho proceso. El objetivo de este estudio fue la estimación del porcentaje de calcopirita en muestras de sondaje mediante el uso de LIBS, validando los porcentajes obtenidos con métodos convencional automatizados, como el QEMSCAN. Se utilizaron tres muestras de estudio (VMC-015, VMC-017 y VMC-023), las cuales fueron analizadas por LIBS, y caracterizadas mineralógicamente por métodos convencionales. El tratamiento de los datos LIBS por técnicas quimiométricas, junto con la generación de imágenes de isoconcentración, condujo a la creación de un modelo matemático a partir de redes neuronales (ANN), el cual generó imágenes mineralógicas para cada muestra. Estas imágenes entregaron una distribución espacial pixelada de cada uno de los minerales presente en la muestra, permitiendo comparar los %v/v obtenidos con LIBS con los %p/p obtenidos por QEMSCAN. Para la calcopirita se obtuvieron porcentajes modales relativamente cercanos (LIBS vs QEMSCAN), con un error relativo aceptable para el objetivo de este estudio. Si bien estos resultados son prometedores, existen problemáticas que afectaron la adquisición y procesamiento de los datos, para las cuales se proponen variadas soluciones, tanto para mejorar el modelo, como para estudios mineralógicos más específicos, usando esta técnica. Finalmente, el modelo LIBS desarrollado en este estudio permitió estimar el porcentaje de calcopirita en muestras de testigos, sugiriendo que el modelo LIBS-ANN puede ser una valiosa herramienta complementaria para optimizar el logueo de sondaje.
Evaluación de la aplicabilidad de la espectroscopía de plasma inducida por el láser (LIBS), para la determinación de molibdenita (MoS2) en testigos de perforación.
(Universidad de Concepción, 2023) Arévalo Rossel, Iván Patricio; Álvarez Fuentes, Jonnathan Eduardo
La exploración minera es una de las etapas más importantes, largas y costosas del proceso de valorización de un depósito mineral. La minería del cobre y el molibdeno no están exentos de estos desafíos, requiriendo de profesionales competentes y metodologías analíticas capaces de abarcar los kilométricos sondajes. Los protocolos de operación convencional para la caracterización mineralógica de la roca extraída se definen como “logueo de sondaje” y es aquí donde el geólogo realiza una descripción visual de las rocas extraídas valorando su litología y soporta analíticamente su trabajo mediante el uso de la microscopia electrónica automatizada (e.g QEMSCAN), entre otros. Sin embargo, esta labor requiere de un tiempo importante y puede verse afectada en términos de reproducibilidad por diferentes factores humanos y/o litológicos. Además, no es posible valorar la totalidad de los testigos de sondaje extraídos, por lo que es sumamente complejo extraer información precisa. La espectroscopia de plasma inducida por láser (LIBS), es una técnica analítica de emisión atómica prometedora, que ha sido una importante protagonista en los avances tecnológicos en el análisis químico de sólidos. Las principales ventajas de utilizar LIBS en la caracterización de testigos de sondaje es la mínima o nula preparación de muestra, poder analizar secciones mayores del testigo de sondaje, valorar elementos livianos como el hidrogeno y ser una herramienta robusta no dependiente de un control significativo del ambiente de medición. El presente trabajo, propone una vía alternativa para la caracterización mineraloquímica de los testigos de sondaje obtenidos desde un yacimiento pórfido Cu-Mo utilizando LIBS. Para ello, se implementó un sistema capaz de analizar directamente la superficie de un corte de roca e implementar técnicas quimiométricas para desarrollar un modelo multivariante basado en redes neuronales artificiales (ANN) que permita estimar la mineralogía de la muestra, focalizándose en el mineral de mena molibdenita y minerales asociados a la ganga como la pirita, cuarzo, aluminosilicatos entre otros. Los resultados obtenidos mediante LIBS-ANN fueron comparados con el método gold estándar QEMSCAN, pudiendo caracterizar la molibdenita con errores relativos entre un 6.7 - 19%, además de los minerales de ganga como pirita entre 12 – 56%, cuarzo entre 0 – 88%, aluminosilicatos entre 1.1 – 33% y oxi-hidróxidos de Fe entre 11 – 32%.

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