Minería de salmuera

extracción de elementos útiles o compuestos disueltos en salmuera

La minería de salmuera es la extracción de materiales útiles (elementos o compuestos) que se disuelven naturalmente en las salmueras. La salmuera puede ser agua de mar, otras aguas superficiales, aguas subterráneas o soluciones hipersalinas de varias industrias (p. ej., industrias textiles).[1]​ Se diferencia de la minería por solución o la lixiviación in situ en que esos métodos inyectan agua o productos químicos para disolver materiales que se encuentran en estado sólido; en la extracción de salmuera, los materiales ya están disueltos.

Vista satelital de actividad minera de extracción de litio en el salar de Uyuni, Bolivia

Las salmueras son fuentes importantes de sal común (NaCl), calcio, yodo, litio, magnesio, potasio, bromo y otros materiales, y fuentes potencialmente importantes de varios otros. La minería de salmuera permite la minimización de residuos y la recuperación de recursos.[2]

HistoriaEditar

 
Extracción de sal desde un pozo de salmuera en India, 1891

Alrededor del año 500 a. C., los antiguos chinos excavaron cientos de pozos de salmuera, algunos de los cuales tenían más de 100 metros (330 pies) de profundidad. Se perforaban grandes depósitos de salmuera debajo de la superficie de la tierra mediante la perforación de pozos.[3]​ Se erigían torres de bambú, de estilo similar a las torres de perforación de petróleo de hoy en día.[4]​ El bambú se utilizaba para cuerdas, revestimientos y cabrias, ya que era resistente a la sal.[5]​ Se colgaban cuñas de hierro de una herramienta de cable de bambú unida a una palanca en una plataforma construida sobre la torre. Las torres de perforación requerían que dos o tres hombres subieran y bajaran de la palanca que movía la cuña de hierro clavada en el suelo para cavar un agujero lo suficientemente profundo en el suelo para golpear la salmuera.[5][4]

Materiales recuperados de salmuerasEditar

Muchas salmueras contienen más de un producto recuperado. Por ejemplo, la salmuera poco profunda debajo del lago Searles, California, es o ha sido una fuente de bórax, potasa, bromo, litio, fosfato, carbonato de sodio y sulfato de sodio.

 
Antiguo método de hervir la salmuera para extraer sal pura en la provincia de Nan al norte de Tailandia.

SalEditar

Fuente Concentración de sal
Agua de mar 129.500 mg/L[6]

La sal (cloruro de sodio) ha sido un bien valioso desde tiempos prehistóricos, y su extracción del agua de mar también se remonta a la prehistoria. La sal se extrae del agua de mar en muchos países del mundo, pero la mayoría de la sal que se comercializa actualmente se extrae de depósitos de evaporita sólida.

La sal se produce como un subproducto de la extracción de potasa de la salmuera del Mar Muerto en una planta en Israel y otra en Jordania. La sal total precipitada en la evaporación solar en las plantas del Mar Muerto es de decenas de millones de toneladas anuales, pero se comercializa muy poca sal.

Hoy en día, la sal de las salmueras de aguas subterráneas es generalmente un subproducto del proceso de extracción de otras sustancias disueltas de las salmueras y constituye solo una pequeña parte de la producción mundial de sal. En los Estados Unidos, la sal se recupera de la salmuera superficial en el Gran Lago Salado, Utah, y de una salmuera subterránea poco profunda en el Lago Searles, California.

Sílice coloidalEditar

Las salmueras traídas a la superficie por la producción de energía geotérmica a menudo contienen concentraciones de sílice disuelto de alrededor de 500 partes por millón. Varias plantas geotérmicas han realizado una prueba piloto de recuperación de sílice coloidal, incluidas las de Wairakei, Nueva Zelanda, Mammoth Lakes, California y lago Salton, California. Hasta la fecha, la sílice coloidal de salmuera no ha logrado producción comercial.[7]

PotasaEditar

 
Imagen satelital de las salmueras de potasa en Lop Nor, China. Las formas rectangulares muestran los colores brillantes característicos de los estanques de evaporación solar.
Ubicación Concentración de potasio Fuente
Océano 380 mg/L Agua de mar
Océano 17.700 mg/L[8] Agua de mar, salinas remanentes tras la precipitación de sal
Salar de Olaroz, Argentina 5.730 mg/L[9] Salmuera poco profunda bajo el lago seco
Salar de Atacama, Chile 19.400 mg/L[10] Salmuera poco profunda bajo el lago seco
Lago salado Da Chaidam, China 22.500 mg/L [10] Lago salino
Mar Muerto, Israel y Jordania 6.200 mg/L Lago salino

La potasa se recupera de la salmuera superficial del Mar Muerto, en plantas en Israel y Jordania. En 2013, la salmuera del Mar Muerto proporcionó el 9,2% de la producción mundial de potasa.[11]​ A partir de 1996, se estimó que el Mar Muerto contenía 2,05 millones de toneladas de cloruro de potasio, la mayor reserva de salmuera de potasio aparte del océano.[10]

LitioEditar

 
Imagen satelital de Silver Peak, Nevada, donde se desarrolló a partir de 1967 la extracción de litio en salmuera. Es la única fuente de litio operativa en Estados Unidos donde se producen grados especiales de hidróxido de litio.
Ubicación Concentración de litio Fuente
Océano 0,17 mg/L Agua de mar
Valle de Clayton, Nevada 300 mg/L[12] Salmuera poco profunda debajo del lago seco
Cornualles, Reino Unido 220 mg/L[13] Aguas geotermales
Cuenca Paradox, Utah 142 mg/L[14][15] Salmuera en profundidad (pozo Cane Creek)
Mina Salar de Olaroz, Argentina 690 mg/L[9] Salmuera poco profunda debajo del lago seco
Lago Salton, California 170 mg/L Salmuera geotérmica

La extracción de litio a través de minería de salmuera requiere que la salmuera sea bombeada desde debajo del fondo de su depósito (un salar o lago salado, por ejemplo) hacia un pozo, y luego esperar a que el agua se evapore hasta que las concentraciones de litio alcancen las 6.000 ppm. Para producir una tonelada de litio con este método, se requieren casi 2 millones de litros de agua, la cual se pierde en la evaporación, lo que conlleva riesgo de fugas y derrames.[16]

Los productores en el Triángulo del Litio en Sudamérica obtiene el mineral a través de pozos de salmuera. Las operaciones más grandes se encuentran en la salmuera poco profunda debajo del lecho seco del Salar de Atacama en Chile, que a partir de 2015 produjo alrededor de un tercio del suministro mundial. Las operaciones de salmuera son principalmente para potasio; la extracción de litio como subproducto comenzó en 1997.[17]​ Se cree que la salmuera poco profunda debajo del Salar de Uyuni en Bolivia contiene el recurso de litio más grande del mundo, a menudo estimado en la mitad o más del recurso mundial.

Los depósitos comerciales de salmueras de litio poco profundas debajo de lechos de lagos secos tienen las siguientes características en común: [18]

  • Clima árido
  • Cuenca cerrada con un lago seco o estacional
  • Subsidencia impulsada por la tectónica
  • Actividad ígnea o geotérmica
  • Roca generadora rica en litio
  • Acuíferos permeables
  • Tiempo suficiente para concentrar la salmuera

En 2015, las salmueras del subsuelo produjeron aproximadamente la mitad de la producción mundial de litio. Mientras que el agua de mar contiene alrededor de 0.17 mg/L, las salmueras del subsuelo pueden contener hasta 4 mg/L, más de cuatro órdenes de magnitud mayor que el agua de mar. Las concentraciones comerciales típicas de litio están entre 200 y 1.400 mg/L.

En 2010, Simbol Materials recibió una subvención de 3 millones de dólares del Departamento de Energía de Estados Unidos para un proyecto piloto destinado a demostrar la viabilidad financiera de extraer litio de alta calidad de una salmuera geotérmica. Utiliza salmuera de una planta de energía geotérmica de 49,9 megavatios de Featherstone en el Valle de Imperial en California. Simbol pasa el fluido extraído de la planta a través de una serie de membranas, filtros y materiales de adsorción para extraer litio.[19]

En 2016, MGX Minerals desarrolló un proceso de diseño patentado (patente provisional de EE. UU. n.° 62/419,011) para recuperar potencialmente litio y otros minerales valiosos de salmueras de yacimientos petrolíferos altamente mineralizadas. La compañía ha adquirido los derechos de desarrollo de aproximadamente 1,7 millones de acres de formaciones que contienen salmuera en Canadá y Utah. Según MGX, el Saskatchewan Research Council, un laboratorio independiente, verificó la tecnología de extracción de petróleo de MGX Minerals en abril de 2017.[20]

La extracción de litio de pozos geotérmicos es un proyecto de cultivo en Europa. Los sitios potenciales son Cornualles (Reino Unido),[13]​ la cuenca superior del Rin (Francia-Alemania)[21]​ y Cesano (Italia).[22]​ Todos estos sitios tienen una concentración de litio de 200 mg/l o superior. El origen se debe a la interacción con minerales de mica en el granito y/o en las rocas del basamento local.[23][24][25]

BoroEditar

Ubicación Concentración de boro Fuente
Océano 4,6 mg/L Agua de mar
Salar de Olaroz, Argentina 1.050 mg/L Salmuera poco profunda debajo del lago seco
Cuenca Paradox, Utah 829 mg/L[15] Salmuera en profundidad (pozo Cane Creek)

El boro se recupera de salmueras poco profundas debajo del lago Searles, California, por Searles Valley Minerals. Aunque el boro es el producto principal, el potasio y otras sales también se recuperan como subproductos.

La salmuera debajo del Salar de Olaroz, Argentina, es una fuente comercial de boro, litio y potasio.[9]

Alrededor de 1900, se recuperó boro del vapor geotérmico en Larderello, en Italia.[26]

YodoEditar

Ubicación Concentración de yodo Fuente
Océano 0,06 mg/L Agua de mar
Campo gasífero de Kanto, Japón 160 mg/L Salmuera profunda en cuenca sedimentaria
Piedra arenisca de Morrow, Oklahoma 300 mg/L Salmuera profunda en cuenca sedimentaria
Cuenca Paradox, Utah 596 mg/L[15] Salmuera en profundidad (pozo Cane Creek)

Las salmueras son una fuente importante de suministro de yodo en todo el mundo. Los principales yacimientos se encuentran en Japón y Estados Unidos. El yodo se recupera de las salmueras profundas bombeadas a la superficie como subproducto de la producción de petróleo y gas natural. El agua de mar contiene alrededor de 0,06 mg/L de yodo, mientras que las salmueras del subsuelo contienen hasta 1.560 mg/L, más de cinco órdenes de magnitud más que el agua de mar. Se cree que la fuente del yodo es el material orgánico de las lutitas, que también forman la roca madre de los hidrocarburos asociados.[27]

JapónEditar

Con mucho, la mayor fuente de yodo de salmuera es Japón, donde el agua rica en yodo se coproduce con gas natural. La extracción de yodo comenzó en 1934. En 2013, se informó que siete empresas extraían yodo. [28]​ Las salmueras japonesas de yodo se producen principalmente a partir de sedimentos marinos que varían en edad desde el Plioceno hasta el Pleistoceno. El área de producción principal es el campo gasífero del sur de Kanto en la costa centro-este de Honshu. El contenido de yodo de la salmuera puede llegar a 160 ppm. [29]

Cuenca de Anadarko, OklahomaEditar

Desde 1977, el yodo se ha extraído de la salmuera en la piedra arenisca de Morrow del periodo pensilvánico, en lugares de la cuenca de Anadarko. del noroeste de Oklahoma. La salmuera se produce a profundidades de 6.000 a 10.000 pies, y contiene alrededor de 300 ppm de yodo.[30]

BromoEditar

Ubicación Concentración de bromo Fuente
Océano 0,065 mg/L Agua de mar
Océano 2.970 mg/L[8] Agua de mar, salinas remanentes tras la precipitación de sal
Formación Smackover, Arkansas, EE. UU. 5.000 a 6.000 mg/L Salmuera profunda en cuenca sedimentaria
Mar Muerto, Israel y Jordania 10.000 mg/L Lago salino
Cuenca Paradox, Utah 12.894 mg/L[15] Salmuera en profundidad (pozo de Cane Creek)

Toda la producción mundial de bromo se extrae vía salmueras. La mayoría se recupera de la salmuera del Mar Muerto en plantas de Israel y Jordania, donde el bromo es un subproducto de la recuperación de potasa. Las plantas en los Estados Unidos, China, Turkmenistán y Ucrania recuperan el bromo de las salmueras del subsuelo. En India y Japón, el bromo se recupera como subproducto de la producción de sal marina.

Magnesio y compuestos de magnesioEditar

Ubicación Concentración de magnesio Fuente
Océano 1.350 mg/L Agua de mar
Océano 56.100 mg/L[8] Agua de mar, amargo restante después de la precipitación de sal
Mar Muerto, Israel y Jordania 35.200 mg/L Lago salino
Cuenca Paradox, Utah 42.995 mg/L[15] Salmuera en profundidad (pozo Cane Creek)

La primera producción comercial de magnesio a partir de agua de mar se registró en 1923, cuando algunas plantas solares de sal alrededor de la Bahía de San Francisco, California, extrajeron magnesio de las salinas que quedaban tras la precipitación de sal.

La Dow Chemical Company comenzó a producir magnesio a pequeña escala en 1916, a partir de salmuera subterránea profunda en la cuenca de Michigan. En 1933, Dow comenzó a utilizar un proceso de intercambio iónico para concentrar el magnesio en su salmuera. En 1941, impulsada por la necesidad de magnesio para los aviones durante la Segunda Guerra Mundial, Dow abrió una gran planta en Freeport, Texas, para extraer magnesio del mar. En Estados Unidos, se construyeron otras plantas para extraer magnesio de la salmuera, incluida una cerca de la planta de Freeport en Velasco. Al final de la Segunda Guerra Mundial, todos cerraron excepto la planta de Freeport, Texas, aunque la planta de Velasco se reactivó durante la Guerra de Corea. [31]​ La planta de magnesio de Freeport funcionó hasta 1998, cuando Dow anunció que no reconstruiría la unidad tras los daños causados por un huracán.[32]

Dead Sea Works en Israel produce magnesio como subproducto de la extracción de potasa.

ZincEditar

Ubicación Concentración de zinc Fuente
Océano 0,01 mg/L Agua de mar
Lago Salton, California 270 mg/L[33] Salmuera geotérmica

A partir de 2002, CalEnergy extrajo zinc de las salmueras en sus plantas de energía geotérmica en el lago Salton, en California. A plena producción, la empresa esperaba producir 30.000 toneladas métricas de zinc con una pureza del 99,99 % al año, lo que generaría unas ganancias equivalentes a las que obtenía la empresa con la energía geotérmica. Pero la unidad de recuperación de zinc no funcionó como se esperaba y la recuperación de zinc se detuvo en 2004.[7][34]

TungstenoEditar

Ubicación concentración de tungsteno Fuente
Océano 0.0001 mg/L Agua de mar
Lago Searles, California 56 mg/L Salmuera poco profunda debajo del lago seco

Algunas salmueras cercanas a la superficie en el oeste de los Estados Unidos contienen concentraciones anómalamente altas de tungsteno disuelto. En caso de que la recuperación resulte económica, algunas salmueras podrían ser fuentes importantes de tungsteno. Por ejemplo, las salmueras debajo del lago Searles, California, contienen alrededor de 8,5 millones de toneladas cortas de tungsteno (WO3). Aunque el 90% del tungsteno disuelto es técnicamente recuperable mediante resinas de intercambio iónico, la recuperación no es económica.[35][36]

UranioEditar

Fuente Concentración de uranio
Agua de mar 0,003 mg/L[37]

En 2012, una investigación para el Departamento de Energía de Estados Unidos, basada en investigaciones japonesas de la década de 1990, probó un método para extraer uranio del agua de mar que, según concluyeron, podría extraer uranio a un costo de US$ 660/kg. Si bien esto todavía era cinco veces el costo del uranio del mineral, la cantidad de uranio disuelto en el agua de mar sería suficiente para proporcionar combustible nuclear durante miles de años a las tasas actuales de consumo.[38]

OroEditar

Fuente Concentración de oro
Agua de mar 0,000004 mg/L[37]

Los intentos de extraer oro del agua de mar eran comunes a principios del siglo XX. Varias personas afirmaron poder recuperar económicamente el oro del agua de mar, pero todos estaban equivocados o actuaron en un engaño intencional. Prescott Jernegan realizó una estafa de oro a partir de agua de mar en los Estados Unidos en la década de 1890. Un estafador británico realizó la misma estafa en Inglaterra a principios del siglo XX.[39]

Fritz Haber (el inventor alemán del proceso Haber) investigó sobre la extracción de oro del agua de mar en un esfuerzo por ayudar a pagar las reparaciones de Alemania tras la Primera Guerra Mundial.[40]​ Basado en valores publicados de 2 a 64 ppb de oro en agua de mar, parecía posible una extracción comercialmente exitosa. Después del análisis de 4.000 muestras de agua con un promedio de 0,004 ppb, a Haber le quedó claro que la extracción no sería posible y detuvo el proyecto.[41]

ReferenciasEditar

  1. Panagopoulos, Argyris; Haralambous, Katherine-Joanne (1 de diciembre de 2020). «Environmental impacts of desalination and brine treatment - Challenges and mitigation measures». Marine Pollution Bulletin (en inglés) 161 (Pt B): 111773. ISSN 0025-326X. PMID 33128985. doi:10.1016/j.marpolbul.2020.111773. 
  2. Panagopoulos, Argyris; Haralambous, Katherine-Joanne (1 de octubre de 2020). «Minimal Liquid Discharge (MLD) and Zero Liquid Discharge (ZLD) strategies for wastewater management and resource recovery – Analysis, challenges and prospects». Journal of Environmental Chemical Engineering (en inglés) 8 (5): 104418. ISSN 2213-3437. doi:10.1016/j.jece.2020.104418. 
  3. Tom (1989), 103.
  4. a b Krebs, Robert E.; Krebs, Carolyn A. (2003). Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions, and Discoveries of the Ancient World. Greenwood (publicado el December 30, 2003). pp. 255–256. ISBN 978-0313313424. 
  5. a b Warren, John K. (2016). Evaporites: A Geological Compendium. Springer (publicado el 18 de mayo de 2016). p. 1034. 
  6. F. F. Wright, "Minerals of the ocean," in Frank E. Firth (ed.), The Encyclopedia of Marine Resources (New York: Van Nostrand, 1969) 406Plantilla:Nsndns407.
  7. a b W. L. Bourcier, M. Lin, and G. Nix, Recovery of Minerals and Metals from Geothermal Fluids, Lawrence Livermore National Laboratory, 8 September 2005
  8. a b c P. Evan Dresel and Athur W. Rose, Chemistry and Origin of Oil and Gas Well Brines in Western Pennsylvania, Pennsylvania Geological Survey, Open-File Report OFOG 10=01.0, 2010.
  9. a b c Projects Olaroz, Orocobre website, accessed 17 March 2016.
  10. a b c Greta J. Orris, Deposit model for closed-basin potash-bearing brines, US Geological Survey, Open-File Report 2011-1283, 2011.
  11. Stephen M. Jasinski, "Potash," US Geological Survey, 2013 Minerals Yearbook, August 2015.
  12. J. R. Davis and J. D. Vine, "Stratigraphic and tectonic setting of the lithium brine field, Clayton Valley, Nevada," in Basin and Range Symposium, Rocky Mountain Association of Geologists, Utah Geological Association, 1979.
  13. a b «Cornish Lithium Releases Globally Significant Lithium Grades». Cornish Lithium. 17 de septiembre de 2020. Consultado el 17 de julio de 2021. 
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  15. a b c d e «142 ppm Li Assay Result from Artesian Flow Horizon». 19 de abril de 2018. Consultado el 7 de junio de 2019. 
  16. «Cómo Australia se convirtió en la mayor fuente de litio del mundo (y en qué se diferencia su extracción de la de Chile, Bolivia y Argentina)». El Mostrador. 18 de noviembre de 2022. Consultado el 18 de noviembre de 2022. 
  17. US Geological Survey, Lithium, Mineral Commodity Summary, 2016.
  18. Dwight Bradley, Dwight et al. (2013). "A preliminary deposit model for lithium brines," US Geological Survey, Open-File Report 2013Plantilla:Nsndns1006.
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  20. Rockstone Research (https://www.rockstone-research.com/images/PDF/MGX20en.pdf
  21. «Lithium de France: geothermal brines for lithium extraction». Innovation News Network (en inglés británico). 22 de febrero de 2022. Consultado el 11 de julio de 2022. 
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  23. Boschetti, Tiziano (1 de enero de 2022). «A revision of lithium minerals thermodynamics: Possible implications for fluids geochemistry and geothermometry». Geothermics (en inglés) 98: 102286. ISSN 0375-6505. doi:10.1016/j.geothermics.2021.102286. 
  24. Sanjuan, Bernard; Gourcerol, Blandine; Millot, Romain; Rettenmaier, Detlev; Jeandel, Elodie; Rombaut, Aurélien (1 de mayo de 2022). «Lithium-rich geothermal brines in Europe: An up-date about geochemical characteristics and implications for potential Li resources». Geothermics (en inglés) 101: 102385. ISSN 0375-6505. doi:10.1016/j.geothermics.2022.102385. 
  25. Boschetti, Tiziano (1 de noviembre de 2022). «Comments on “Lithium-rich geothermal brines in Europe: An up-date about geochemical characteristics and implications for potential Li resources” by Sanjuan etal. (2022)». Geothermics (en inglés) 105. ISSN 0375-6505. doi:10.1016/j.geothermics.2022.102518. 
  26. R. Gordon Bloomquist, "Economic benefits of mineral extraction from geothermal brines," 2006, Washington State University Extension Energy Program.
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  28. Iodine, US Geological Survey, Minerals Yearbook 2013
  29. IodineUso incorrecto de la plantilla enlace roto (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).
  30. S. T. Krukowski, "Iodine," Mining Engineering, June 2011, p.74.
  31. William H. Gross, "magnesium from the sea," in: Frank E. Firth (ed.) The Encyclopedia of Marine Resources (New York: Von Nostrand, 1969) 368-372.
  32. Marvin Lieberman, Magnesium, industry in transition Archivado el 7 de enero de 2009 en Wayback Machine., 2001.
  33. Schultze, L. E.; Bauer, D. J. (1982), Operation of a mineral recovery unit on brine from the Salton Sea known geothermal resource area, Bureau of Mines Report of Investigations (8680), US Bureau of Mines, p. 3, consultado el 9 de marzo de 2022 .
  34. R. Gordon Bloomquist, ECONOMIC BENEFITS OF MINERAL EXTRACTION FROM GEOTHERMAL BRINES, Washington State University Extension Energy Program, 2006.
  35. S. Warren Hobbs and James E. Elliottt, "Tungsten," in Donald A. Brobst and Walden P. Pratt (eds.) United States Mineral Resources, US Geological Survey Professional Paper 820, 1973.
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  37. a b F. F. Wright, "Minerals of the ocean," in Frank E. Firth (ed.), The Encyclopedia of Marine Resources (New York: Van Nostrand, 1969) 406-407.
  38. “Record haul of uranium harvested from seawater,” New Scientist, 22 Aug. 2012.
  39. Plazak, Dan A Hole in the Ground with a Liar at the Top (Salt Lake: Univ. of Utah Press, 2006) ISBN 0-87480-840-5 (contains a chapter on gold-from seawater swindles)
  40. Haber, F. (1927). «Das Gold im Meerwasser». Zeitschrift für Angewandte Chemie 40 (11): 303-314. Bibcode:1927AngCh..40..303H. doi:10.1002/ange.19270401103. 
  41. McHugh, J.B. (1988). «Concentration of gold in natural waters». Journal of Geochemical Exploration 30 (1–3): 85-94. doi:10.1016/0375-6742(88)90051-9. 

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