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Desastre de Brumadinho

Esquema de un sistema magmático transcrustal típico que muestra el ascenso del fundido como flechas verdes y los fluidos como flechas azules. Fuente: Jon Blundy et al.

Los volcanes inactivos, fuente de metales críticos y energía geotérmica

Un equipo internacional de investigación dirigido por Jon Blundy, profesor de la universidad de Oxford, acaba de publicar un artículo en el que se plantea la posibilidad de extraer directamente metales valiosos —como  cobre, oro, zinc, plata o litio— de las soluciones hidrotermales atrapadas en rocas porosas a profundidades de unos 2 km por debajo de volcanes inactivos. Este método de extracción permitiría obtener al mismo tiempo energía geotérmica suficiente para todo el proceso de extracción.

El objetivo de este equipo, formado por científicos de universidades del Reino Unido y Rusia, es investigar nuevas formas sostenibles y de bajo consumo energético para extraer metales del suelo, ya que,  como es de todos conocidos, el reto de la descarbonización supondrá una demanda sin precendentes de recursos minerales.

El investigador principal, Jonathan David Blundy, profesor de la Universidad de Oxford reconocido mundialmente por sus avances en la comprensión de cómo se generan los magmas en la corteza y el manto terrestre y de los procesos que tienen lugar en los volcanes antes de que entren en erupción, comentó en una entrevista reciente, «nos interesamos por la relación entre los volcanes y los gigantescos yacimientos de mineral, en particular los de cobre, y el descubrimiento de las soluciones hidrotermales a una profundidad de unos dos kilómetros bajo los volcanes surgió de esa investigación».

El proceso que tiene lugar bajo los volcanes empieza cuando el magma que se encuentra bajo los volcanes libera gases ricos en metales que suben hacia la superficie. Al liberarlos, baja la presión, y estos gases se separan en vapor y soluciones hidrotermales. La mayoría de los metales disueltos en el gas magmático original se concentran en estos fluidos que quedan atrapados en la roca porosa. El vapor, menos denso y sin metales, sigue subiendo a la superficie, donde puede formar fumarolas, como las que se ven en muchos volcanes activos.

Las soluciones hidrotermales,situadas generalmente a más de 2 km de profundidad, constituyen una fuente de metales muy rica, con una concentración muy alta. A esto hay que sumar, que en su procesamientono habría que separar la mena de la ganga, es decir, el procesado posterior para obtener el elemento de refinado es mucho menor, por lo que se producirían muchos menos residuos.

No sólo se reduciría el coste económico y medioambiental de la extracción y el posterior procesamiento del mineral, sino que el aprovechamiento de la energía geotérmica para impulsar las operaciones reduciría todavía más el impacto medioambiental de la producción de metales.

El equipo de investigación ha trabajado con núcleos de perforación de varios sistemas geotérmicos profundos (en Japón, Italia, isla de Montserrat, Indonesia y México) para confirmar sus predicciones sobre soluciones hidrotermales ricas en metales.

Este revolucionario planteamiento alternativo de la minería, reflejado en el artículo The economic potential of metalliferous sub-volcanic brines publicado recientemente en la revista Royal Publishing Open Science, está recabando mucho interés y ya se está buscando financiación para empezar a explorar e identificar los volcanes objetivo y realizar algunos pozos de perforación, «no tanto para abrir minas, sino para probar su viabilidad en el campo».

Los retos tecnológicos

La dificultad de recuperar estas soluciones portadoras de metales se enfrenta a dos problemas clave. El primero es el contenido relativamente bajo de metales en los fluidos geotérmicos convencionales. La recuperación de fluidos hipersalinos ricos en metales requiere su explotación a temperaturas significativamente más altas que las convencionales en los campos geotérmicos, ya que, cuanto más caliente es la solución, más metal puede disolver. Y esto implica, perforaciones a mayores profundidades.

El volcán Soufrière Hills, en la isla caribeña de Montserrat, es un ejemplo de volcán que puede ser adecuado para la extracción de soluciones salinas.  Está activo desde 1995, aunque su actividad ha disminuido considerablemente en la última década. En 2013 se perforaron 2 pozos de producción a profundidades de casi 3 km. Las muestras de perforación recuperadas a 1480 m de profundidad en uno de los pozos contienen soluciones salinas ricas en metales.  Fuente: Steve Sparks, Universidad de Bristol.

Drilling beneath volcanoes

The Science Show

En una entrevista concedida a The Science Show Jon Blundy afirma: «400 grados parece mucho, es un reto, está en la frontera de la perforación geotérmica, pero vale la pena recordar que en 1995 los japoneses perforaron en soluciones calientes que contenían metales a una profundidad de 3,5 kilómetros y a una temperatura de 520 grados. Así que la tecnología que necesitamos tiene al menos 25 años y está mejorando».

El segundo reto lo plantea la corrosión del pozo y la formación de incrustaciones en respuesta a la descompresión y el enfriamiento de estas soluciones. La prevención de la corrosión en el pozo exigirá avances en la ciencia de los materiales para crear revestimientos resistentes, y la prevención de la formación de incrustaciones exigirá una reflexión compleja sobre la dinámica del flujo de fluidos y el control de la presión y la temperatura en el pozo.

Según el equipo de Oxford, muchos de estos retos ya se están abordando en proyectos de perforación geotérmica profunda y a elevada temperatura, la denominada energía geotérmica supercrítica, y se están llevando a cabo exploraciones en Japón y en Italia. De hecho, en la Toscana hace unos meses se perforó una roca a 500 grados.

Garantizar que los fluidos sigan fluyendo una vez perforado el pozo plantea otro problema complejo debido a la permeabilidad y porosidad de la roca caliente y dúctil. Por otra parte, aunque se espera que el riesgo de desencadenar erupciones volcánicas sea pequeño, ya que no tienen previsto perforar el magma en sí, sino las rocas calientes situadas sobre la cámara magmática, es necesario evaluarlo.

La resolución de todos estos retos, según el equipo de investigación, implicaría que una «mina» de este tipo podría tardar en entrar en funcionamiento entre 5 y 15 años.

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