geologÍa fÍsica universidad nacional de colombia sede medellín 2013

GEOLOGÍA FÍSICA

Universidad Nacional de ColombiaSede Medellín

2013

Energía y recursos minerales

- Generalidades

- Recursos energéticos

- Recursos minerales metálicos

- Recursos minerales no metálicos

- Prospección, exploración y explotación

- Recursos y tectónica de placas

- Explotación de recursos minerales y energéticos en Colombia

Generalidades

Recursos minerales: materia prima de múltiples productos, base de la civilización, ningún país es autosuficiente...

Consumo de cemento: indicador del grado de desarrollo de un país

Renovables: se recuperan en tiempos relativamente cortos (meses, años, décadas)

Energía hidroeléctrica, eólica, solar, ...

No renovables: se forma a tasas muy lentas (millones de años), por lo que no se recuperan a escalas humanas

Combustibles, metales (reciclables), aguas subterráneas, ...

Recursos energéticos

Carbón, petróleo y gas natural (combustibles fósiles) como fuente de energía

Recursos no renovables

- Carbón: combustible fósil más abundante. Energía solar almacenada por las plantas hace millones de años. Genera problemas ambientales:

Proviene de minería de gran escala (a cielo abierto o subterránea)

Su combustión favorece el desarrollo de lluvia ácida al contener pequeñas cantidades de S

Su combustión produce aumentos de CO2 atmosférico (gas de efecto invernadero)


- Carbón:

Turba – Lignito – C. Bituminoso – Antracita

Los mantos de carbón ocurren en grupos

Su formación incluye:

Acumulación de materia vegetal parcialmente alterada en ambientes pantanosos (reductores, no oxidantes)

Enterramiento y compactación. La ausencia de oxígeno impide la descomposición de la materia orgánica

Descomposición anaeróbica por las bacterias (liberan oxígeno e hidrógeno)

Pérdida de materia volátil y agua por reacciones químicas (enterramiento), enriquecimiento en carbono fijo y aumento

de la capacidad energética


- Carbón

Minas de carbón en Guajira y Cesar: A cielo abierto. Las más grandes del mundo, > 30E6 toneladas/año


- Petróleo y gas natural: compuestos orgánicos (hidrocarburos + S, N, O, ...) que proceden de restos de plantas y animales en ambientes marinos

Normalmente aparecen juntos en los yacimientos

Su formación incluye:

- Acumulación de sedimentos ricos en restos de plantas y animales en ambientes reductores que impidan su descomposición

- Reacciones químicas (T) que transforman gradualmente la materia orgánica en hidrocarburos líquidos y gaseosos

(móviles)

- Migración de los hidrocarburos, hacia zonas de acumulación (trampas) o hacia la superficie (se pierden...)


- Petróleo y gas natural


- Petróleo y gas natural:

Trampas: lutitas (o rocas poco porosas y permeables)

Roca almacén: areniscas (o rocas porosas y permeables), generalmente cenozoicas (entre más antiguas es más

probable que hayan experimentado deformación y/o erosión)


- Arenas asfálticas y lutitas bituminosas: mezcla de arcillas, arenas, agua y bitumen (alquitrán), el petróleo es muy denso y no puede bombearse, deben explotarse en estado sólido

- Efectos ambientales de la quema de combustibles fósiles:

Aumento de la concentración de CO2 atmosférico, produce efecto invernadero (se agrava con la deforestación y el cambio de uso del suelo)


- Efectos ambientales de la quema de combustibles fósiles

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Edad (años AP)

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- Efectos ambientales de la quema de combustibles fósiles

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Colombia: 64 Mton/año


Fuentes de energía alternativas

- Energía nuclear: aprovecha el calor generado por la descomposición radiactiva controlada de algunos elementos para generar vapor de agua y hacer girar turbinas

- Energía solar

- Energía eólica

- Energía hidroeléctica: aprovecha caídas de agua para hacer girar turbinas

La sedimentación (colmatación) en los embalses reduce su vida útil

- Energía geotérmica: aprovecha depósitos subterráneos naturales de vapor y agua caliente

- Energía mareal

Recursos minerales

Conjunto de minerales útiles disponibles comercialmente. Incluyen:

Reservas: yacimientos identificados de los que pueden extraerse provechosamente minerales + depósitos no recuperables desde el punto de vista económico o técnico

Recursos: no descubiertos aún (existen potencialmente)

Mena: minerales metálicos útiles que pueden extraerse, con beneficio, de las minas.

En muchos casos se requieren concentraciones muy elevadas de mineral para ser económicamente viables...

Recursos minerales

Hay una relación estrecha entre la aparición de recursos minerales valiosos y el ciclo de las rocas... Enriquecimiento

- Recursos minerales y procesos ígneos

Segregación magmática y cristalización fraccionada: producen separación de minerales pesados (cromita, magnetita, platino, níquel) y enriquecimiento del fluido residual en otros elementos (pegmatitas enriquecidas,

Au, Ag, feldespatos, moscovita, cuarzo, esmeraldas)

Diamantes: formados a grandes profundidades (~200 km) y transportados hacia arriba por intrusiones de rocas ultramáficas denominadas kimberlitas

Recursos minerales

Soluciones hidrotermales: fluidos calientes ricos en metales, fase tardía de los procesos ígneos. Usualmente cristalizan como sulfuros, luego de migrar a través de la roca encajante

Filones: cristalizan en grietas (fracturas)

Diseminaciones: cristalizan en poros en la roca encajante

Recursos minerales

- Recursos minerales y procesos metamórficos

Usualmente asociado a procesos ígneos que originan metamorfismo

Las aureolas metamórficas de contacto son zonas extensas de mineralizaciones útiles: granate,

corindón,... esfalerita, galena, calcopirita, magnetita, bornita (sulfuros hidrotermales)

El CO2 que sale de los minerales favorece la migración iónica y la actividad hidrotermal

Talco y grafito (minerales industriales) se presentan en zonas de metamofirsmo regional

Recursos minerales

- Recursos minerales y procesos sedimentarios

La lixiviación (lavado) de algunos elementos y su concentración posterior crean depósitos importantes (enriquecimiento secundario)

Óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio

Arcillas

Placeres: selección en función no sólo del tamaño de las partículas sino también en función de su peso específico. Concentración mecánica de minerales pesados en corrientes naturales: Au, Pt, diamantes, ...

HidrotermalEsfaleritaCinc

Pegmatitas, depósitos sedimentariosUraninitaUranio

Pegmatitas, metamorfismo de contacto, placeresWolframitaWolframio

Segregación magmática, placeresIlmenita Rutilo

Titanio

Hidrotermal, placeresCasiteritaEstaño

Hidrotermal, enriquecimiento por meteorizaciónAg nativaArgentita

Plata

Segregación magmática, placeresPt nativoPlatino

Segregación magmáticaPentlanditaNíquel

HidrotermalMolibdenitaMolibdeno

HidrotermalCinabrioMercurio

Residuo de la meteorizaciónPirolusitaManganeso

HidrotermalMagnesitaDolomita

Magnesio

HidrotermalGalenaPlomo

Formaciones sedimentarias, segregación magmática, meteorización(Hidr)óxidosHierro

Hidrotermal, placeresAu nativoOro

Hidrotermal, metamorfismo de contacto, residuo de meteorizaciónSulfurosCobre

Segregación magmáticaCromitaCromo

Residuo de la meteorizaciónBauxitaAluminio

Aparición geológicaMenasMetal

Recursos minerales

Recursos industriales

Minerales vitales para la mayoría de procesos industriales

Su consumo es muy superior al de minerales metálicos (15:1)

- Materiales de construcción: arenas, gravas, roca triturada, yeso (argamasa), arcilla (ladrillos), caliza + lutita (cemento)

- Minerales industriales (fuente de elementos químicos, usados en la fabricación de productos químicos o con otros usos): potasio y fósforo (fertilizantes), azufre, sal, ...

Recursos industriales

Yacimientos metamórficosPinturas, cosméticos, papelTalco

Depósitos de evaporitasFertilizantesSilvina

Sedimentario, hidrotermalProductos químicos, fertilizantesAzufre

Intrusiones, sedimentarioVidrioCuarzo

PegmatitasAislante eléctricoMoscovita

Evaporitas, domos de salSal de mesa, productos químicosHalita

Depósitos de evaporitasArgamasa (construcción)Yeso

Yacimientos metamórficosLápices, lubricantes, refractariosGrafito

Yacimientos metamórficosGemas, abrasivosGranate

HidrotermalAcero, beneficio aluminio, vidrio, productos químicos

Fluorita

Kimberlitas, placeresGemas, abrasivosDiamante

Yacimientos metamórficosGemas, abrasivosCorindón

Residuo de meteorizaciónCerámicaArcillas (caolinita)

Depósitos sedimentariosAgregados, acero, tratamiento de suelos, productos químicos, cemento, construcción

Calcita

Alteración metamórficaFibras incombustiblesAsbestos (crisotilo)

Depósitos sedimentariosFertilizantesApatito

ApariciónUsosMineral

Prospección, exploración y explotación

Sensores remotos: fotografías aéreas e imágenes satelitales

Cartografía geológica

Métodos geofísicos: gravimetría y magnetometría

Muestreo y análisis geoquímicos

Métodos geoeléctricos

Métodos sísmicos

Refracción (poco detalle, barato)

Reflexión (detallado, costoso)

Perforación – muestreo de núcleos y pozos

Prospección, exploración y explotación

Factores económicos en minería

Riqueza de la mena (tenor, g/ton)

Cantidad de mena (reservas)

Costo inicial del desarrollo minero

Equipos, excavaciones, compra de derechos

Costos de operación: salarios, impuestos, mantenimiento, utilidades, ...

Precio del producto

Fluctuaciones del precio...

Recursos y tectónica de placas

MOR = dorsal mesooceánica, melange: mezcla heterogénea de rocas cartografiables como una sola unidad (origen tectónico), BIF: formaciones de hierro bandeadas

Explotación de recursos en Colombia

Carbón

Cuencas sedimentarias en la Guajira (44%), Cesar (48%), algunas zonas de los Santanderes (3%), Córdoba, Antioquia, Cauca, Boyacá y Cundinamarca (5%)

Principales empresas: Carbones del Cerrejón y Drummond

70% de la producción de América Latina, 1% de la producción mundial

Producción anual de carbón en millones de toneladas


Carbón


Petróleo

3% de la producción de América Latina

Reservas a 2005: 1.45E9 barriles de 42 galones, es decir, 8 años

Principales empresas: Ecopetrol, BP, Occidental

2006: 192 millones

2007: 194 millones

2008: 213 millones


Petróleo

3% de la producción de América Latina

Reservas a 2005: 1.45E9 barriles de 42 galones, es decir, 8 años

Principales empresas: Ecopetrol, BP, Occidental

2006: 192 millones

2007: 194 millones

2008: 213 millones

Producción anual de petróleo en barriles por día


Gas natural

Plataformas en la Guajira (75% de la producción nacional)

Principales empresas: Chevron Texaco Colombia y Ecopetrol

Producción anual de gas natural en metros cúbicos


Oro

Antioquia (68%), Chocó (7%), Bolívar (6%), Caldas (5%)

Principales empresas: Frontino Gold Mines, Grupo de Bullet, Mineros de Antioquia

8% de la producción de América Latina, 1% de la producción mundial

Producción anual de metales preciosos en millones de gramos


Plata

Antioquia (61%), Caldas (27%), Bolívar (4%)



Platino

Único productor en América Latina. Chocó (~100%)



Oro


Plata


Platino


Ferroníquel (lateritas)

51% de la producción de América Latina, segundo productor mundial. Cerromatoso SA, Montelíbano, Córdoba (100%)

Reservas estimadas en 61 millones de toneladas con 1.67% de FeNi, es decir, 20 años con la producción actual

Producción anual de ferroníquel en millones de libras


Cemento

Cuarto productor en América Latina (después de Brasil, México y Venezuela)

Principales empresas: Argos (50%), CEMEX (30%)

2007, 2008: 9.2 millones


Esmeraldas

Primer productor mundial. Boyacá (~100%). MINERALCO S.A.

Producción anual de esmeraldas en millones de quilates


Esmeraldas


Sal (En roca y marina)

En 2002 se pasó de importador neto a exportador neto


Otros minerales importantes

Cobre: 1300 ton/año. Mina El Roble (Chocó)

Hierro: 500000 ton/año. Acerías Paz del Río (Boyacá)

Arcillas: 17000 ton/año. Cerámicas del Valle

Feldespato: 100000 ton/año

Yeso: 700000 ton/año

Roca fosfatada: 43000 ton/año. Fosfatos de Colombia, ...

Arena: 925000 ton/año

Mármol: 190000 ton/año

Azufre: 80000 ton/año. Industrias Puracé y Ecopetrol

Talco: 15000 ton/año


IMPORTACIÓN Y EXPORTACIÓN DE MINERALES NO METÁLICOS, 1994-2006

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