Autor: Héctor Romero

Por: José de Jesús Parga Pérez¹

Resumen
El litio, símbolo Li, metal alcalino, número atómico 3, se ubica en el grupo 1 de la tabla periódica de los elementos, Actualmente el litio es utilizado principalmente en la fabricación de baterías, en electrólisis, vidrio, cerámica, industria farmacéutica, aleaciones ligeras; en el futuro, en la producción de energía nuclear limpia por fusión y para fabricar la bomba H, y también se usa en medicina, etc. Existen al menos 5 tipos de yacimientos de litio; Pegamtitas, Salmueras continentales, Salmueras Geotérmicas, Arcillas litíferas, Salmueras en Campos Petrolíferos y Yacimientos de Jadarita, aunque hasta hoy en todo el mundo, solamente se produce litio de 2 de estos tipos de yacimientos; pegmatitas y salmueras continentales. 

En el altiplano mexicano, desde el año 1980, han sido localizados grandes depósitos de arcilla que contienen Li, K, B, Mg y Na en diferentes concentraciones, este autor ha reconocido por lo menos 38 de estos depósitos, pero a la fecha no se ha explotado ninguno de ellos, debido a que su contenido de Li, K, B, Mg es relativamente bajo y problemas metalúrgicos. Sin embargo, su potencial es inmenso. Considerando la información obtenida de los trabajos de exploración desde 2008 a la fecha, es factible estimar un potencial de recursos de sedimentos arcillosos con variables concentraciones de los metales antes mencionados del orden de 5,000,000,000 de toneladas métricas y que quede bien claro que esta cantidad es de “recursos”, arcillas que contienen estos metales y actualmente no está determinado que cantidad de dichos recursos podrá ser considerada como reservas minables con beneficio económico ni que cantidad de cada uno de los metales podría ser recuperada en un futuro indeterminado. 

Abstract
Lithium, symbol Li, alkali metal, atomic number 3, is located in group 1 of the periodic table of elements, Currently lithium is used mainly in the manufacture of batteries, in electrolysis, glass, ceramics, pharmaceutical industry, alloys light, in the future, in the production of clean nuclear energy by fusion and to make the H-bomb, and it is also used in medicine, etc. There are at least 5 types of lithium deposits; Pegamtites, Continental Brines, Geothermal Brines Lithiferous Clays, Brines in Oil Fields and Jadarite Reservoirs, although until today in the whole world, only lithium is produced from 2 of these types of deposits; pegmatites and continental brines.

In the Mexican highlands, since 1980, large clay deposits have been located that contain Li, K, B, Mg and Na in different concentrations, this author has recognized at least 38 of these deposits, but to date no none of them have been exploited, due to their relatively low Li, K, B, Mg content and metallurgical problems. But nevertheless; Its potential is huge, considering the information obtained from the exploration works since 2008 to date, it is feasible to estimate a potential clay sediment resources with variable concentrations of the aforementioned metals of the order of 5,000,000,000 metric tons and that it is very clear that this amount is from “resources”, clays that contain these metals and that it is not currently determined how much of these resources can be considered as mineable reserves with economic benefit or how much of each of the metals could be recovered in an indeterminate future.

Introducción
El litio de la palabra griega “Lithos”, que significa “piedra”, fue descubierto por Johan August Arfvedson en 1817 durante el análisis de la petalita. El litio (Li), número atómico 3, ubicado en el grupo 1 de la tabla periódica, es uno de los “metales alcalinos”, su química está dominada por la tendencia a perder un electrón para formar Li +. El punto de fusión es de 453,69 K 180,54ºC. El litio tiene propiedades “extravagantes”, según los especialistas. Un ejemplo: es un metal único que es más ligero que el agua, tiene una densidad de 0,531 g / cm³. En forma de sal se ha utilizado durante mucho tiempo en electrólisis, vidrio, cerámica, industria farmacéutica, etc. Las aleaciones de aluminio con 2 a 3% de litio, dan lugar a productos de gran dureza y muy ligeros que actúan como un potente motor que provocará un gran crecimiento en un futuro próximo en la industria aeroespacial, civil y militar. Esta baja densidad permite un ahorro de peso del 20% especialmente útil en la industria aerodinámica. 

Otra propiedad interesante; el litio funciona como un campeón en el almacenamiento de electricidad. Las baterías se pueden utilizar dentro de un rango de temperaturas de -50 a 200 ° C, el Litio contiene ocho veces más energía que las de níquel-cadmio y puede almacenar su energía durante 10 años sin pérdida (Cadmio – Níquel, pierde del 20 al 30% de su carga, cuando no se utilizan).

El litio tiene la mejor capacidad calorífica, más que cualquier otro elemento sólido, tiene varias aplicaciones nucleares en la producción de energía limpia por fusión, ya que sus isotopos ⁷Li y ⁶Li, son fuente de tritio en las reacciones termonucleares en cadena, que lo mismo pueden hacer funcionar un reactor termonuclear para generar energía eléctrica o para fabricar la bomba H. También es utilizado en la fabricación de vidrio y en cantidades pequeñas para elaborar medicamentos a fin de curar algunos trastornos del sistema nervioso como la bipolaridad, etc.

Notas sobre la exploración del litio en México
Al principio de la década de los años 80’s, El Consejo de Recursos Minerales, actual Servicio Geológico Mexicano, puso en marcha un programa de exploración por litio a nivel nacional, incluyendo tres de los 5 tipos de yacimientos de litio que existen; pegmatitas, salmueras en lagunas saladas y arcillas en las lagunas saladas o salares.

En México, 1980, el CRM exploró las pegmatitas de Oaxaca, Sonora, Guanajuato y Baja California, pero no fue identificado ningún mineral de litio, por lo que prácticamente quedó descartado el hecho de que pudiesen existir pegmatitas que eventualmente constituyeran un recurso mineral para la producción de litio, inclusive en el pasado también se han explorado por uranio y por tierras raras y en ambos casos se obtuvieron resultados negativos.

De la exploración de lagunas saladas en zonas semidesérticas del centro y norte de México, los mejores resultados se obtuvieron en las lagunas saladas del altiplano mexicano en los estados de San Luis potosí y Zacatecas. En la primera etapa de exploración se obtuvieron valores interesantes de litio en los sedimentos, pero en ese tiempo ya se tenía conocimiento de la dificultad para recuperar el litio a partir de las arcillas; por lo que en una segunda etapa de la exploración por litio se enfocó en la investigación de la salmuera de la Laguna Hernández en el estado de San Luis Potosí.

En la región del altiplano mexicano, San Luis Potosí y Zacatecas, la explotación de la sal común se inició con la llegada de los grupos de indígenas chichimecas en el siglo XII d.C., quienes además de utilizarla con fines alimentarios, también realizaron pequeñas esculturas con fines religiosos. Posteriormente, en 1546, se descubrieron las primeras vetas de plata en Zacatecas y posteriormente, además de buscar más vetas de plata también se buscaba la sal, que era necesaria para la producción de plata y fue por eso que a partir del año 1562, el Reino de España se adjudicó el control de las salinas de Nueva España, porque la sal era un elemento estratégico para la producción de plata por el método de amalgamación y de esta manera la corona española podía ejercer cierto control sobre la producción de metales preciosos y recaudar los impuestos correspondientes. La explotación artesanal de la sal, utilizando únicamente la evaporación solar en pilas, continuó durante unos 300 años hasta que en 1841 se utilizaron las primeras calderas de vapor para iniciar la producción industrial de sal en las Salinas de Peñón Blanco.

Después de la investigación que se desarrolló para la recuperación del litio de la salmuera de la Laguna Hernández, el proyecto fue prácticamente abandonado por el CRM, debido al poco interés que había por el litio a nivel mundial en ese tiempo.

Posteriormente en 2007, personal técnico de la empresa Piero Sutti, obtuvieron buenos resultados, por lo que se procedió a denunciar varias de las áreas en las que previamente se había detectado la presencia de litio en sedimentos arcillosos; se constituyó la empresa Litio Mex, S.A. de C.V., con capital 100% mexicano, para dedicarse exclusivamente a la exploración de litio, misma  que  inició un muestreo regional de sedimentos y salmuera en las áreas concesionadas localizadas en Zacatecas y San Luis Potosí. Los resultados de este muestreo resultaron atractivos para algunas de las lagunas, especialmente en los sedimentos arcillosos. La Laguna La Salada fue donde se obtuvieron los contenidos más altos de litio y La Laguna Santa Clara la que tiene la mayor extensión.

A partir del 2008, Litiomex inició la exploración y evaluación de las lagunas con el potencial más prometedor, que fueron La Salada, Caliguey y Santa Clara, Saldivar, La Colorada y La Doncella en las que se realizó un muestreo sistemático en una cuadricula de 100 X 100 m, con pozos de 5.00 m de profundidad hechos con una retroexcavadora; en cada uno de estos pozos se tomaron 5 muestras de canal de 1.00 m. Las exploraciones de Litiomex, de 2008 a 2011, se hicieron para las cinco lagunas, un total de 1000 pozos y se tomaron más de 5,000 muestras, mismas que fueron analizadas en laboratorios certificados (Inspectorate, SGS y ALS). 

El año 2114, el proyecto de Litiomex fue tomado por la empresa canadiense denominada Alset Minerals Corp, que continuó con las exploraciones, desarrollando una campaña de perforación con recuperación de núcleo y con auger en las lagunas de La Salada y Santa clara, muestreando las arcillas y la salmuera, posteriormente, Alset transfirió las concesiones a la empresa denominada Organimax Nutrient Corp, cuyo objetivo primordial es la recuperación del potasio que tiene valores altos en la salmuera de La Salada, relegando la recuperación del litio para cuando se tenga un proceso metalúrgico que sea rentable. En 2018, SRK elaboró un informe NI-43101, que se puede consultar en la web de la empresa, lo mismo que una “Master Presentation”. 

En febrero del año 2021, Advance Gold Corp, realiza la perforación de 6 barrenos en la Laguna Saldivar, municipio de Santo Domingo, S.L.P., programa que fue suspendido por la llegada de las lluvias, cabe mencionar.

Otras empresas que tienen concesiones por litio en el altiplano son Minera Autlán, Agromin, S.A. de C.V., Minera Salmuera, S.A. de C.V. Subsidiaria de Zenith Minerals, tenía concesiones por más de 5,000 has, pero se desistió. También hay otras concesiones de particulares. Este autor ha reconocido 38 depósitos de sedimentos arcillosos en cuencas endorreicas con contenidos variable de Li, K, B, Mg y Na, ver figura 1.

Tipología de los Yacimientos Minerales de Litio
Generalidades. Aunque el litio es un elemento de relativa abundancia en la corteza terrestre, con un promedio de 17(20) ppm, en el agua de mar 180 ppb (17ppm) y ocupa el No. 33 como elemento más abundante en la corteza terrestre, en el cuerpo humano 30 ppb y solamente 6 ppb en el universo. Los ambientes geológicos en que se han encontrado depósitos económicos de litio son restringidos. El litio tiene una alta reactividad con el oxígeno y el agua; por lo que nunca se ha encontrado como elemento nativo, siempre se encuentra formando óxidos o sales. Los principales minerales que contienen litio son los siguientes:

Ambligonita, LiAl(F₄OH) PO₄
Spodumena, LiAl(Si₃)₂
Lepidolita, K2Li₃Al₃(OH,F)₄(AlSi₃O₁₀)₂
Petalita, LiAlSi₄O₁₀
Hectorita, NaO₃(Mg; Li)₃Si₄O₁₀(OH)₂ 
Jadarita, LiNaSiB₃O₇ (OH)
Polylithionita, KLi₂Al(Si₄O₁₀)(F,OH)₂
Zinnwaldite, KLiFeAl(AlSi₃)O₁₀(OH,F)₂

A la fecha, el litio se puede obtener únicamente a partir de tres fuentes naturales de aprovisionamiento, que son las siguientes:

Pegmatitas 
Algunas pegmatitas contienen piroxenas y micas, que contienen de 3 a 9 % de LiO₂ en sus tipos comerciales. En la actualidad, aproximadamente la mitad de la producción de litio proviene de pegmatitas que se explotan en Australia. También son objeto de evaluación las pegmatitas de la región de Val d’or, Provincia de Quebec. Hay otras pegmatitas con litio en Portugal, Brasil, Zimbawe Francia, España, Alemania y Checoeslovaquia.

Desde el punto de vista de la geología económica; las pegmatitas que han sido reconocidas en México, generalmente presentan una geometría irregular y volúmenes pequeños. 

Las pegmatitas son formadas a partir de magmas residuales muy cargados de elementos incompatibles y agua, por eso es lógico que las pegmatitas sean las rocas con mayor contenido de litio y otros elementos incompatibles como el boro, el berilo, fluor, estaño, estaño y tierras raras, etc. Respecto a las rocas volcánicas, las iolitas son la que tienen un contenido de litio más alto.

Se ha estimado que la presión y temperatura del ambiente en que se originaron las pegmatitas mexicanas no fueron las adecuadas para dar origen a minerales de litio, porque hasta el día de hoy no hay reporte de haber sido reconocido algún mineral de litio en las pegmatitas de México, pero en caso de que esto sucediera en el futuro, sería difícil hacer la planeación racional de su producción en escala industrial para que pudiese ser un proyecto rentable, debido a que son pequeñas y de geometría irregular. 

Salmueras
Hay 3 tipos de salmueras que contienen litio, cada una de ellas con sus características físicas y químicas muy particulares y son: 

• Salmueras Continentales en Lagunas Saladas
• Salmueras en Campos Geotérmicos
• Salmueras en Campos Petroleros

Salmueras Continentales en Lagunas Saladas. Es bien conocida la presencia de grandes volúmenes de salmueras litíferas en Sudamérica, especialmente en Chile, Argentina y Bolivia, donde gracias a condiciones muy especiales de clima, geología y morfología se originó una concentración comercial natural de litio en salmueras bajo las condiciones siguientes:

a.- Zonas con actividad volcánica intensa en periodos prolongados de tiempo.

b.- Los productos de la actividad volcánica deben de ser de tipo ácido a mesosilisicos, que son los que presentan los más altos contenidos de litio.

c.- También es muy importante la existencia de manifestaciones post volcánicas y/o subvolcánicas que detonen sistemas hidrotermales que aporten soluciones mineralizantes.

d.- El clima debe ser seco y caracterizarse por escasas precipitaciones pluviales, que no permita la formación de un drenaje abierto, pero si suficiente como para hacer posible la lixiviación del litio, así como una baja humedad relativa, que permita una fuerte evaporación y concentración consiguiente, de los elementos más solubles en la porción deprimida de la cuenca. El conjunto de condiciones expuestas debe prevalecer durante un tiempo suficientemente largo, como para permitir la concentración de ciertos elementos en la salmuera en cantidades susceptibles de ser explotadas con rendimiento económico. 

Estas condiciones, a nivel  mundial se presentan en la región que comprende el SE de California y Nevada en los Estados Unidos de Norte América, en el Altiplano Sudamericano (salares de Chile, Bolivia y Argentina), en el Tíbet, en el estado de Sonora, México y El Altiplano Mexicano, en la región comprendida entre los estados de Zacatecas y San Luis Potosí, donde se presentan cuencas endorreicas que albergan varias lagunas saladas con salmueras en el subsuelo de las que tradicionalmente se ha explotado cloruro de sodio desde tiempos de la colonia, para producir cloruro de sodio que era esencial en la producción de oro y plata  en el proceso de amalgamación.

El programa de exploración por litio desarrollado en México en 1980, por el Consejo de Recursos Minerales (Servicio Geológico Mexicano), después de analizar algunas decenas de muestras, de varias salmueras en el sur, centro y norte de México, llegó a la conclusión de que el contenido de litio reportado para todas las salmueras de México fue muy variable. De las salmueras analizadas, el contenido más alto fue de la Salinera La Unión en el Edo. De Chihuahua, con 283 ppm de Li, el Maar de Alchichica, Puebla, 110 ppm y salmuera de la Laguna Hernández en el municipio de Villa de Ramos en el estado de San Luis Potosí, con un promedio de 36 mg/litro de litio, los valores para el resto de las salmueras fueron muy variables del orden de 2 a 283 ppm de litio.

Salmueras en Campos Geotérmicos. Las salmueras litíferas son soluciones salinas calientes presentes en los campos geotérmicos originadas por flujos de fluidos calientes en el subsuelo, originados a su vez por actividad volcánica reciente y/o actividad magmática que generan flujos de calor, que actúan como máquinas térmicas que ponen en marcha flujos de fluidos calientes que en algunos casos tienen contenidos relativamente altos de litio.

Salmueras geotérmicas litíferas han sido reconocidas en varios países como son Reino Unido, Nueva Zelanda, Islandia, Chile, e inclusive México, en Cerro Prieto. Actualmente, hay varios proyectos en ejecución con el objetivo de producir litio a nivel comercial a partir de salmueras en campos geotérmicos. 

La producción de litio a partir de esta fuente se ve con gran optimismo, ya que en un campo geotérmico además de generarse energía eléctrica de manera convencional, también es posible producir litio sin necesidad de utilizar reactivos químicos, tampoco energía ni agua adicionalmente, lo que lo convierte en un proceso muy limpio desde el punto de vista ecológico con una huella de carbono de prácticamente cero.

Las salmueras geotérmicas de Cornish Wall Project en Reino Unido tienen un contenido de litio del orden de 260 miligramos por litro, con un gasto de 40 a 60 litros/segundo. Vulcan Energy Resources en Alemania tiene 181 miligramos por litro. En el campo geotérmico de Salton Sea en California, USA, se han reportado valores de litio de 0.01 – 0.02% en las salmueras geotérmicas. Las salmueras del campo Geotérmico de Cerro Prieto en Baja California contienen 16 ppm de Li y las del campo geotérmico de Los Azufres, Michoacán 29 ppm de Li.

Salmueras en Campos Petroleros. También se han encontrado salmueras litíferas a gran profundidad; en Smackover en Arkansas, USA, se ha encontrado una de las más altas concentraciones de litio con contenidos de hasta 500 ppm en profundidades de 1,800 a 4,000 metros. Algunas compañías ya están analizando la manera de producir litio de manera comercial a partir de esta fuente.

Una de ellas denominada Petro Lithium Corporation of America, que ha adquirido propiedades en un campo petrolero en Texas, donde hay posibilidades de producir litio a partir de salmueras, en áreas de Colorado, Texas y Arkansas. Inclusive la empresa MGX Minerals filed tiene en trámite una patente para extraer litio y otros metales valiosos de salmueras en campos petroleros. 

Arcillas Litíferas
Existen depósitos de arcilla, en los que desde hace varios años se conoce que contienen cantidades significativas de litio, potasio, boro, sodio y magnesio entre otros elementos. La hectorita, que toma su nombre de la caldera de Hector, California, USA, es una arcilla trioctahedral que contiene litio en cantidades variables; en ocasiones la hectorita (esmectita litífera), se presenta en zonas volcánicas afectadas por una alteración zeolítica. Los depósitos de hectorita en la Caldera Mc Dermit, Nevada, donde se ha reconocido y evaluado el yacimiento denominado “King’s Valley”, actualmente en evaluación, representa hasta el presente el yacimiento de hectorita mejor estudiado a nivel mundial. 

Respecto a los yacimientos de arcilla en el altiplano mexicano, San Luis Potosí-Zacatecas, hasta hoy no ha sido posible identificar de manera fehaciente que especie mineral es la que contiene el litio en las arcillas, aunque en un principio un centro de investigación mexicano, por estudios de difracción de rayos x, reportó la presencia de hectorita en arcillas de La Salada y Caliguey. Posteriormente, laboratorios de Canadá, Japón y otros laboratorios de México no han llegado a confirmar la presencia de la hectorita ni de ningún otro mineral con litio en las arcillas del altiplano. Sin embargo, miles de muestras analizadas en diferentes laboratorios certificados reportan la existencia de litio hasta en más de 2000 ppm, por lo que no hay duda de que estas arcillas contienen litio en diferentes cantidades.

Según el reporte NI 43-101, publicado por Bacanora Minerals, el mineral de litio identificado en los yacimientos de litio de Sonora es: polylithionita, KLi₂Al(Si₄O₁₀)(F,OH)₂.

Depósitos de Jadarita
Recientemente se ha descubierto un nuevo mineral de litio llamado jadarita, en el año 2006 en una mina en Serbia. El nuevo espécimen fue descubierto por investigadores del grupo minero Río Tinto y fue clasificado por el Dr. Chris Stanley, mineralogista del museo de historia natural de Londres, Inglaterra. Este mineral es un silicato hidratado de litio, sodio, boro y su fórmula es LiNaSiB₃O₇ (OH).

La jadarita es un mineral relativamente duro, de color blanco y de grano muy pequeño, teóricamente podría ser factible la recuperación del elemento litio a partir de este mineral si los depósitos tienen la cantidad suficientemente grande y se llega a dominar un proceso metalúrgico que permita recuperarlo a un costo rentable. 

Hasta la fecha no hay información de que este espécimen mineralógico se haya identificado en México, pero puesto que hay depósitos de arcilla que contienen litio, sodio y boro, teóricamente es posible que dicho mineral esté presente en alguno de los depósitos mexicanos de arcillas con litio.

Geología regional del altiplano mexicano
Regionalmente, en el Altiplano San Luis Potosí-Zacatecas, afloran rocas que varían en edad del Mesozoico al Reciente, comprenden principalmente rocas sedimentarias y volcánicas marinas mesozoicas, volcánicas continentales y plutónicas cenozoicas. También se han reportado rocas metamórficas mesozoicas de muy bajo grado.

Secuencia Volcanosedimentaria. El Mesozoico en la región está representado por el dominio del Terreno Guerrero, su base está constituida por una secuencia metamórfica de naturaleza psamítica-arenosa que presenta metamorfismo de muy bajo a bajo grado, que es cubierta discordantemente por la Formación Chilitos, representada por rocas volcánicas de composición andesítica a basáltica con intercalaciones de grauvacas, radiolaritas y algunos lentes de caliza.

El Cenozoico está representado por rocas volcánicas, rocas ígneas intrusivas de composición ácida e intermedia y conglomerados continentales.  

El Cuaternario comprende basaltos, depósitos de pie de monte, depósitos lacustres, aluviones y ocasionalmente delgadas capas de evaporitas y caliche.

Arenisca-Conglomerado Polimictico. Esta unidad representa la roca más antigua expuesta en el área de la Laguna La Salada, es una unidad sedimentaria continental, que cubre la mayor parte del área que rodea la laguna.

Litológicamente, está constituida principalmente por un conglomerado polimíctico con clastos de riolita, toba, grava, arena, arcilla y limo, los clastos gruesos con diámetro de 0.3 hasta 30 cm, están semiconsolidados. La mayor parte de sus componentes se derivaron de rocas volcánicas preexistentes, semicompactados en una matriz arenosa de grano grueso y en ocasiones con cementante de arcilla y caliche. En toda el área el conjunto clástico presenta un color amarillo a blanco ostión. Adicionalmente se presentan niveles de arenisca conglomerática, la estratificación es masiva y en pequeñas capas. Se estima un espesor de 100 m.

El resultado del estudio petrográfico de la muestra FR-1, realizado por el Servicio Geológico Mexicano, ubicada al noreste de la Laguna La Salada, al sur del arroyo El Gato, índica que la roca es una toba cristalo-vitrea de composición riolítica, la cual presenta un color crema rosáceo, estructura compacta y masiva textura fragmentaria, de origen ígnea piroclástica; sus componentes principales son fragmentos de cristales constituidos por feldespato potásico (ortoclasa); cuarzo mostrando extinción recta; plagioclasa sódica (albita), dispersas en la trama; biotita en forma lamelar, alterándose a hematita a través de sus zonas de debilidad, y ortoclasa formando gran parte de la trama; vidrio volcánico formando parte de la matriz de la roca, formando alineamientos de flujo, fragmentos líticos dispersos en la mesostasis de la roca, de microtextura microcristalina; y como componentes secundarios se tiene hematita dispersa en la trama. En la porción centro- suroeste de la carta en el arroyo Mojoneras se tomó la muestra FR-100, reportando el siguiente resultado, roca de color café claro rosáceo, estructura semicompacta, textura arcilloso y clasificada como agregado montmorillonitico de origen sedimentario terrígeno; sus componentes principales son la montmorillonita como el principal constituyente en forma semicompacta, cuarzo en forma de detritos con extinción recta, albita dispersa en la matriz, y como componentes secundarios se presentan hematita dispersa en la matriz de la roca.

En el área sobreyace a todas las unidades más antiguas, desde el Cretácico hasta el volcánico Terciario y está cubierto discordantemente por derrames basálticos y depósitos continentales del Cuaternario.

La litología anteriormente descrita sugiere que esta unidad corresponde a depósitos sedimentarios en cuencas lacustres continentales, originados por la erosión, desintegración, transporte y depósito de rocas preexistentes mesozoicas y terciarias. 

En este conglomerado no existen emplazamientos de yacimientos minerales, pero podría ser importante en la formación de mantos acuíferos y bancos de materiales, principalmente grava y arena.

Por las relaciones de campo y posición estratigráfica, se considera la edad de este conglomerado como Mioceno-Plioceno y es posible correlacionarla con la Formación Los Llanos del área de Cuencamé, Dgo.

Depósitos Lacustres. En la región del altiplano, existen diversos depósitos lacustres, con diferentes litologías, pero muy similares que se encuentran distribuidos en la porción de terrenos que ocupan las cuencas endorreicas del altiplano y consisten de materiales transportados en forma aluvial, constituidos por limos, arcillas, con lentes de conglomerados, posiblemente con niveles de sales (Cloruros de Sodio y Potasio), en tonalidades blanquizcas, verdosas y color marrón, pobremente consolidados, bien clasificados, con horizontes de yesos. Por medio de estudios de Geofísica, empleando el método de Resistividad se les estimó un espesor aproximado promedio de 70 m., cabe mencionar que en Saldivar se perforaron dos barrenos y se encontró que la roca firme está a una profundidad promedio de 85 m. Los sedimentos lacustres fueron depositados en cuencas endorreicas con predominio de clima seco, lo que permitió la evaporación de las aguas que confluyeron en estas cuencas y la consecuente precipitación de sales de sodio mezcladas con otros materiales que constituyen dichos depósitos. Posterior o simultáneamente, los sedimentos fueron afectados por procesos hidrotermales que alteraron los sedimentos y posiblemente aportaron elementos como litio, potasio, boro, sodio, magnesio, etc. 

Estos sedimentos cubren a los depósitos conglomeráticos del pleistoceno y a los aluviales del holoceno. Por su posición estratigráfica se le ha asignado una edad del Cuaternario (Holoceno), correspondiendo a los últimos depósitos descritos en la columna geológica de la región. Estos materiales son de ambiente continental y representan el producto de la disgregación mecánica y de la erosión de las rocas preexistentes en toda la región.

Aluvión Qhoal. La unidad se conforma por depósitos mal consolidados, de fragmentos arredondeados a subarredondados. Estos depósitos de aluvión se componen de arenas, arcillas, gravas finas a gruesas, combinadas con limos, arcillas, conglomerados mal cementados y clasificados, depósitos detríticos en proceso de consolidación, en algunos lugares están algo consolidados por una matriz calcárea (caliche). Su espesor es variable, llegando a observarse espesores de 5 a 20 m., observados en los cauces de los arroyos.

Los aluviones cubren discordantemente a rocas del Cretácico al Reciente. Se le ha asignado una edad del Cuaternario (Holoceno). Estos materiales son de ambiente continental y representan el producto de la disgregación mecánica y de la erosión de las rocas preexistentes en toda la región, se presentan rellenando cuencas endorreicas. Los sedimentos en la región son utilizados como materiales pétreos (arenas y gravas), así como revestimiento de caminos vecinales, receptores de acuíferos, utilizados para la agricultura.

Travertino. Contemporáneo con los depósitos de aluvión; se presentan algunos afloramientos pequeños de travertino en algunas lagunas. El travertino es un depósito de origen químico que se formó por precipitación de carbonato de calcio a partir de aguas termales. 

Sinter. En la mayor parte de las lagunas se presentan afloramientos de sinter, algunos están localizados dentro de las lagunas y otras veces en las márgenes. El sinter es un sedimento de cuarzo amorfo, que se forma cuando las soluciones hidrotermales altamente silíceas interceptan un cuerpo de agua y precipitan como cuarzo amorfo, generalmente como calcedonia y son prueba irrefutable de que en el área hubo sistemas hidrotermales activos que además del depósito propiamente del sinter también dieron origen a procesos de alteración hidrotermal hipogénica con diferentes grados de intensidad, que pudieron haber sido singenéticos con el depósito de los sedimentos o posteriores.

Marco Téctonico Regional. Las estructuras regionales dominantes en el altiplano fueron originadas por Orogenia Laramide; principalmente en el Cenozoico Temprano, se desarrolló plegamiento anticlinal y sinclinal, incluso algunos empujes. Una fase tectónica tardía ha afectado a esta región y se levantan algunos pliegues de basamento al norte, noroeste y este, golpeando al sureste. Estos eventos son seguidos por el emplazamiento de intrusivos graníticos a menudo asociados con la mineralización económica de tipo skarn y las condiciones estructurales para la minerización de tipo relleno en espacios abiertos mediante soluciones hidrotermales en fallas, pliegues y planos de estratificación.

Una fase reciente del Plio-Cuaternario generó una serie de fallas normales, a veces dieron origen a fosas tectónicas que se convirtieron en cuencas endorreicas, algunas de ellas fueron rellenas con sedimentos lacustres, y en ocasiones tobas, travertinos, sinter y flujos de basalto intercalados con sedimentos que contienen diversas concentraciones de elementos tales como Li, K, B, Mg y Na.

Yacimientos minerales de litio en el altiplano
La presencia de Litio y Potasio en el altiplano es conocida desde principios de la década de los 80’s, cuando el Consejo de Recursos Minerales desarrolló un Programa Nacional por litio en todo el país, pero por los resultados negativos en las pegmatitas y los bajos valores de litio en las salmueras continentales y geotérmicas, el proyecto se consideró poco interesante en el contexto técnico-económico de esa época y el proyecto se archivó. Posteriormente en 2007, personal técnico de la empresa Piero Sutti, S.A. de C.V., muestreó algunas lagunas por litio, potasio, boro y magnesio, obteniendo buenos resultados, por lo que se procedió a denunciar varias de las áreas en las que previamente se había detectado la presencia de litio en sedimentos arcillosos, por lo que se constituyó la empresa Litio Mex, S.A. de C.V., con capital 100% mexicano, misma  que  inició un muestreo regional de sedimentos y salmuera en las áreas concesionadas localizadas en Zacatecas y San Luis Potosí. Los resultados de este muestreo resultaron atractivos para algunas de las lagunas; especialmente en los sedimentos arcillosos. La Laguna La Salada fue donde se obtuvieron los contenidos más altos de litio y La Laguna Santa Clara la que tiene la mayor extensión.

Estos yacimientos son cuerpos de sedimentos lacustres de origen volcaniclástico que rellenan cuencas endorreicas de edad relativamente reciente y que han sido sometidos a procesos de alteración hidrotermal, produciendo arcillas del tipo illita, esmectita. El análisis químico cuantitativo de más de 5,000 muestras en laboratorios certificados ha permitido cuantificar cantidades variables de litio, potasio, boro, magnesio y sodio entre otros elementos contenidos en los sedimentos arcillosos. 

El análisis XRD indica que las muestras consisten principalmente de analcima, alurgita, carbonatos, cuarzo, potasio-feldespato, plagioclasa y nontronita menor (<10%), paligorskita, mica, halita, illita y trona. Dos muestras de arcilla de La Salada, analizadas en el laboratorio de investigación de SGS, reportaron la presencia de hectorita, aunque la marcan con un signo de interrogación. Inicialmente, en el año 2009 se enviaron muestras de la laguna La Salada y Caliguey al CIATEQ Querétaro y los análisis de difracción de rayos X reportaron la presencia de hectorita. Sin embargo, en varias muestras analizadas también por rayos x en otros laboratorios no han reportado la hectorita, por lo que se asume que su presencia en el altiplano no está plenamente demostrada, de tal manera que hasta el día de hoy no han sido identificadas plenamente especies mineralógicas de litio en ninguno de los sedimentos arcillosos del altiplano.

Aunque no se ha determinado con precisión que minerales contienen el litio, es indudable que los sedimentos arcillosos del altiplano contienen litio en un amplio rango de valores, de 10 hasta 2,880 ppm, aunque la mayor parte está en un rango de 100 a 400 ppm, además de cantidades significativas de K, B, Mg y Na. También falta por investigar una salmuera profunda, 400m, que fue detectada por trabajos de geofísica en el área de Illescas por la empresa Minera Salmuera, S.A de C.V. Sin embargo, quedó detenido el proyecto para investigar con sondeos esta anomalía, ya que recientemente la empresa se desistió de los derechos de exploración de sus concesiones mineras localizadas en el altiplano.

Origen del litio en el altiplano
De acuerdo con las investigaciones más recientes se ha lanzado la hipótesis postulando que los elementos más ligeros del universo, hidrógeno y helio se formaron en el Big Bang. Pero junto con estos elementos ligeros, había algunas cantidades de otros, incluidos el litio y el berilio. Los científicos creen que el 25 por ciento del litio se creó en los primeros momentos de existencia del universo, incluso antes de que se formaran la mayoría de las estrellas y los elementos más pesados en el interior de las estrellas nacientes. Sin embargo, aún persisten varias incógnitas sobre cómo y dónde se originó el restante 75 % del litio. Los investigadores tenían indicios de que las novas podrían generar este elemento, pero nadie había visto la creación en acción, hasta ahora. Según un nuevo estudio publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, un grupo de investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía registró una nova reciente que lanzó enormes cantidades de un isótopo inestable, el berilio-7, que se degrada relativamente en litio rápidamente, lo que ha llevado a la hipótesis de que gran parte del litio que existe en el universo se forma en las supernovas.

En el planeta tierra y específicamente en la corteza terrestre, la distribución espacio temporal del litio está controlada por sus propiedades fisicoquímicas. Se han hecho numerosos trabajos para determinar con precisión cuál es la fuente original del litio, pero hasta la fecha no ha sido posible llegar a una conclusión clara y convincente. El litio es un elemento muy soluble en el agua, por lo que forma sales e hidróxidos y presenta dificultades para integrarse en los silicatos que cristalizan en un magma silicatado, por lo que se concentra en los fluidos residuales al final de la cristalización de los magmas (micas en las pegmatitas), al contrario, los elementos incompatibles son los primeros en abandonar la red cristalina de los silicatos para incorporarse al magma, en el curso de una fusión parcial en la corteza terrestre.

Durante los 3 años que Litiomex exploró los depósitos de litio del altiplano, de 16 lagunas saladas exploradas, 6 de ellas con muestreo sistemático, se realizaron 834 pozos con una retroexcavadora, cada uno de 5 m de profundidad de los que se tomaron 5 muestras de canal de 1.00 m de cada uno de los pozos; en total se hicieron 834 pozos y se tomaron 4,116 muestras y todas ellas fueron analizadas en laboratorios certificados como Inspectorate, SGS y ALS. Adicionalmente, otras empresas también realizaron programas de sondeos de exploración y muestreos sistemáticos y analizaron cientos de muestras obtenidas en laboratorios certificados, por lo que no hay duda de que hay litio en el altiplano. 

En prácticamente todas las lagunas se presentan remanentes de afloramientos de sinter (Fotografía 4), que es cuarzo amorfo (calcedonia), tanto dentro de la misma laguna como en sus alrededores. La presencia de sinter demuestra que en el lugar que actualmente ocupan estas lagunas se desarrollaron importantes sistemas hidrotermales que dieron origen al sinter cuando el sistema hidrotermal cargado con la sílice interceptó el cuerpo de agua de la laguna. Además, muy probablemente estos fluidos de carácter ácido dieron origen a la intensa alteración argílica que presenta la roca volcánica, produciendo illita y esmectita, por lo anterior, se considera que el litio de dichos depósitos fue aportado por estos fluidos hidrotermales que alteraron la roca volcánoclastica dando origen a las arcillas con litio como la illita.

La figura 3, muestra un diagrama hipotético del posible proceso hidrotermal que podría haber dado origen a los depósitos de litio en las lagunas del altiplano. 

Potencial de litio y potasio en el altiplano
Por los trabajos de exploración y evaluación realizados desde el año 2008 al 2021, por diferentes compañías mineras, en por lo menos 10 de los 38 depósitos reconocidos de arcillas con contenidos variables de los elementos Li, K, B, Mg y Na, consistentes en muestreos sistemáticos en pozos hechos con retroexcavadora, perforaciones con auger y con broca diamantada y recuperación de núcleo, así como diferentes muestreos de orientación realizados por mineros particulares, se puede considerar que  el potencial geológico de la región conocida como “El Altiplano”, y que comprende los estados de San Luis Potosí y Zacatecas es inmenso, mismo que podría ser del orden de 5,000,000,000 de toneladas métricas; y que quede bien claro que esta cantidad es de “recursos” de arcillas que contienen dichos metales y que actualmente no está determinado que cantidad de dichos recursos podrá considerarse como reservas minables con beneficio económico ni que cantidad de los metales podría ser recuperada en un futuro indeterminado. 

Hasta la fecha el problema principal que hay que resolver para transformar los inmensos “Recursos Geológicos” de sedimentos arcillosos en “Reservas Minables”, es la carencia de un proceso metalúrgico rentable para concentrar los diferentes elementos contenidos en ellas y transformarlos en insumos para la industria y las nuevas tecnologías, tal como podría ser Carbonato o Hidróxido de litio, litio metálico, muriato de potasio (MOP), sulfato de potasio (SOP), lo mismo que metales afinados como boro y magnesio o compuestos químicos de estos.

Conclusión

1. En la región conocida como El Altiplano, que comprende parte de los estados de San Luis potosí y Zacatecas existen inmensos depósitos de sedimentos arcillosos que contienen cantidades variables de Li, K, B, Mg y Na.
2. Geológicamente, la región esta cubierta en gran parte por caliche y suelos residuales, pero en el subsuelo predominan rocas de la secuencia volcanosedimentaria del Jurásico Superior al Cretácico Inferior (Terreno Guerrero), y en menor proporción rocas sedimentarias de la cuenca mesozoica; las rocas antes mencionadas han sido intrusionadas por cuerpos de rocas ígneas intrusivas de composición ácida a intermedia, también afloran rocas volcánicas terciarias de composición ácida a intermedia y depósitos de conglomerados del Terciario, así como flujos de basalto y por supuesto, sedimentos lacustres con depósitos de sinter y travertino íntimamente asociados espacial y temporalmente de edad muy reciente.
3. El potencial de “Recursos Geológicos” de arcillas con contenidos variables de los elementos Li, K, B, Mg y Na, es inmenso; se estima que podría ser  del orden de 5,000,000,000 de toneladas métricas, es necesario aclarar que esta cantidad es de “recursos” de arcillas que contienen los elementos antes mencionados, pero no está definido que cantidad de dichos recursos podrá ser considerada como reservas minables con beneficio económico en el futuro, debido a que se carece de un proceso metalúrgico rentable para concentrarlos y transformarlos en insumos para la industria.

Referencias Bibliográficas

• Alset Energy Corp, 2017, Alset Master Presentation. Sitio Web de Alset Energy Corp.
• Dwight Bradley, LeeAnn Munk, Hillary Jochens, Scott Hynek, and Keith Labay, 2013, A Preliminary Deposit Model for Lithium Brines. Open-File Report 2013–1006, United States Geological Survey.
• Parga Pérez J. J., 212, Lithium, potassium & boron deposts in Zacatecas and San Luis Potosí, México. Reporte interno, Litiomex, S.A. de C.V.
• Parga Pérez J. J., 213, Notas Acerca de la Presencia de Sinter en la Laguna Santa Clara, Santo domingo, San Luis Potosí, México. Reporte interno, Litiomex, S.A. de C.V.
• Organimax Nutrient Corp, 2019, OrganiMax Corporate Presentation. Sitio Web de Organimax Nutrient Corp.
• OrganiMax Nutrient Corp, 2019, NI43-101, Technical Reporto on the OrganiMax Salar Sediment Deposits, Mexxico, prepared for OrganiMax Nutrient Corp by SRK Consulting (UK) Limited. Sitio Web de Organimax Nutrient Corp.
• Olivier Dubordieu et Pierre Thomas, 2019, Le lithium (Li) : Aspects Géologiques, Économiques et Industriels. Université de Lyon, France.

1 Paseo Bernárdez No. 59, Fracc. Lomas de Bernárdez, Guadalupe, Zac.
pargapp@gmail.com

Por: Mario Corona-Arroyo¹, Guillermo Bermúdez², Afshin Jalili², Raghav Dube³, José Ledesma-Guerra¹, Joel Valtierra-Olivares¹

Resumen

Las celdas tanque de flotación de gran tamaño son uno de los avances recientes en el campo de la industria de procesamiento de minerales. Se cree que estas celdas de flotación de gran tamaño brindan un beneficio económico significativo debido a su menor huella de instalación considerando menos celdas de flotación necesarias para tareas similares. Sin embargo, estas celdas de flotación más grandes presentan desafíos importantes, muchos de ellos en términos de distancia de transporte de espuma y tasas de transporte de espuma. Este documento resume los desafíos clave y los avances recientes en el manejo de la espuma. Se revisan los factores operativos clave que afectan la estabilidad de la espuma, así como también se discute en detalle el papel de los elementos de diseño, tales como crowders y canaletas que controlan el transporte de la espuma en las celdas de flotación mecánicas. Finalmente, se presentan algunos ejemplos industriales donde se evalúa el efecto del manejo de espuma sobre la eficiencia de flotación.

Palabras clave: estabilidad de espuma, acarreo de espuma, distancia de transporte, crowders, canaletas

Abstract

Larger size flotation tankcells are one of the recent advances in the field of mineral processing industry.  These larger flotation cells have been believed to provide a significant economic benefit due to smaller footprint and fewer flotation cells needed for similar duty. However, these bigger flotation cells come with significant challenges, many of them in terms of froth transport distance and froth carry rates. This paper summarizes the key challenges and recent advances in froth management. Key operating factors affecting froth stability are reviewed as well as the role of design elements such a crowders and launders that control the froth transport on mechanical flotation cells are discussed in detail. Finally, some industrial examples are presented.

Keywords: froth stability, froth carry rate, froth transport, crowders, launders

Introducción

La flotación es un proceso de separación de minerales ampliamente utilizado. Desarrollado y patentado hace más de 100 años, el método se utiliza para concentrar los materiales valiosos de diferentes minerales. Aunque ha habido muchos años de investigación y desarrollo, todavía existen varias áreas de mejora. Actualmente, existen varios tipos de celdas de flotación dentro de la industria minera, entre ellas se encuentran las celdas mecánicas, columnas y las del tipo reactor-separador como las celdas Jameson. Sin embargo, las celdas mecánicas son las más aceptadas por la industria minera debido a su fácil control y adaptabilidad al proceso, además de los diferentes tamaños disponibles en el mercado (Wills y Finch, 2016).

El diseño de la máquina de flotación está en constante evolución para cumplir con los requisitos específicos de una planta industrial en particular. El tamaño de la celda de flotación se ha incrementado diez veces en las últimas cuatro décadas, lo que incrementa los desafíos en el manejo de la espuma (Cole et al., 2012; Mesa y Brito-Parada, 2019). El papel de la zona de espuma es crucial; en esta región, las partículas minerales de valor se recolectan de la celda para formar el concentrado de producto final (Rahman, Ata y Jameson, 2013). De acuerdo con la Figura 1, se han alcanzado volúmenes de hasta 630 m³ en la última década y esto conduce a un aumento considerable de espuma en el área de rebose y en la distancia que esta debe recorrer. La Figura 1 muestra la tendencia en los últimos 20 años y durante este período las nuevas celdas tanque fueron equipadas con suplementos en la zona de espuma para mejorar la estabilidad y velocidad, además de disminuir la distancia de transporte de la espuma. Estos cambios en el diseño de la zona de espuma incorporan Crowders y canaletas (Launder), las cuales han sido descritas de la siguiente manera: Canaleta es un canal donde se recoge la espuma después de rebosar y puede estar colocada dentro o fuera del tanque. Un crowder, por otro lado, tiene la función de mejorar la remoción de espuma al dirigir la espuma hacia la canaleta (Brito-Parada y Cilliers, 2012; Cole et al., 2012). 

La Figura 2 muestra el área de superficie de espuma (FSA), la distancia de transporte de espuma y la longitud del labio de rebose en función del volumen del tanque de flotación. En general, los tres parámetros aumentaron constantemente cuando se analizan las celdas tanque con volúmenes de hasta 300 m³. Con el aumento considerable del volumen del tanque de flotación (mayor a 300 m³), el área de superficie de la espuma y la distancia de transporte de la espuma aumentaron significativamente, esto podría tener un impacto negativo en la recuperación (Murphy et. Al., 2016; Zheng et al., 2004), por lo que no fue posible continuar con estas mismas relaciones de diseño en el manejo de espuma. En consecuencia, fue necesario reducir la distancia de transporte y aumentar la longitud del labio en este tipo de celdas de flotación. 

El dimensionamiento de la celda de flotación (volumen del tanque) generalmente implica el escalamiento del tiempo de residencia basado en las pruebas de cinética de flotación de laboratorio. Sin embargo, el trabajo de laboratorio sólo se enfoca en la zona de mezclado de pulpa y no proporciona ninguna medida para la estabilidad y movilidad de la espuma (Mesa y Brito-Parada, 2019). Una combinación de trabajo de laboratorio y la aplicación de factores de escalamiento determinarán el tiempo de residencia. Factores operativos como tasa de acarreo de espuma (FCR) (toneladas secas de concentrado por metro cuadrado de superficie de espuma por hora, t/m²/h) y Carga de labios (toneladas secas de concentrado por metro de borde de espuma por hora, t/m/h) no se puede determinar en una celda de laboratorio convencional.

De acuerdo con Mesa y Brito-Parada (Mesa y Brito-Parada, 2019) se destaca que la literatura disponible sobre el diseño de diferentes insertos para control y transporte de espuma, como canaletas y crowders, es escasa. Por lo tanto, una comprensión fundamental del efecto de estos aditamentos para el manejo de espuma sobre el rendimiento de la flotación es esencial para un proceso de escalado. Esta dificultad de no poder escalar se debe a que la espuma se raspa durante una prueba de flotación en el laboratorio y, por lo tanto, no presenta un comportamiento natural, y no es posible aumentar la distancia de transporte de la espuma (Coleman, 2009). En los últimos 20 años, ha aumentado el interés en desarrollar nuevos conocimientos sobre el manejo de la espuma, particularmente debido a la necesidad de utilizar grandes celdas de flotación. El propósito de este trabajo es discutir críticamente los desafíos clave y los avances recientes en el manejo de la espuma.

Estabilidad, movilidad y recuperación de espuma

El rendimiento general del sistema de flotación es el resultado colectivo de la zona de pulpa y la zona de espuma. La zona de pulpa (también llamada zona de colección) es donde ocurre la mayor parte de la unión de las partículas a burbujas (Rahman et al., 2013). Las burbujas y partículas en la zona de pulpa se moverán naturalmente a la región de menor presión debido a la fuerza de flotación. El movimiento ascendente de los agregados burbuja-partícula da como resultado la acumulación de burbujas, partículas sólidas y agua formando la zona de espuma en la parte superior del tanque de flotación (Rahman et al., 2013). La función general de la zona de espuma es evacuar los minerales valiosos de la celda para formar el concentrado de producto final. La espuma necesita suficiente estabilidad para llevar las partículas flotantes hasta que puedan desbordarse hacia el labio de lavado (Heath y Runge, 2019). 

Se pueden percibir tres procesos importantes: estabilidad, movilidad y recuperación de espuma. De acuerdo con Rahman et al. (2013) se sabe que la recuperación de espuma se rige por los denominados subprocesos de la fase de espuma, es decir, coalescencia de burbujas, drenaje de líquidos, desprendimiento y readhesión de partículas. Esto se puede medir en términos de recuperación de espuma. La recuperación de espuma (R_f) se define como la fracción del material que ingresa a la espuma adherida a las burbujas que reporta al concentrado, en lugar de volver a caer en la pulpa (Contreras, Yianatos y Vinnett, 2013; Finch y Dobby, 1990; Rahman et al., 2013). Esto es equivalente a la probabilidad media de que una partícula que entre en la espuma y acabe en el concentrado y, por otro lado, la recuperación de espuma no es lo mismo que la probabilidad de que una partícula se desprenda. Esto se debe a que incluso si una partícula se desprende, todavía puede reportar al concentrado como una partícula que se mueve libremente dentro del agua en la espuma (Neethling, 2008). La recuperación de espuma se describe mediante: 

(1)

En Eq. (1) la flotación verdadera se refiere a la flotación sólo por adhesión, es decir, no hay contribución del arrastre. La medición del intercambio de partículas desde la zona de recolección a la zona de espuma es un desafío, y en la literatura se han propuesto varios métodos experimentales para evaluar la recuperación de espuma. La mayoría de ellos tratan de desacoplar la interacción de la zona de pulpa de la zona de espuma midiendo directa o indirectamente la recuperación de espuma midiendo la carga de burbujas, la vida media de la espuma y la profundidad de la espuma (Alexander et al., 2003; Neethling, 2008; Seaman et al., 2004; Seaman et al., 2006; Yianatos et al., 1998; Zanin et al., 2009). La recuperación de espuma permitió evaluar el impacto de las zonas de pulpa y espuma sobre la recuperación global por separado. Por ejemplo, Yianatos et al., (2008) encontraron que la recuperación de espuma de minerales valiosos fue del 59% a partir de pruebas experimentales utilizando el método de carga de burbujas. Alexander y col. (2003) estimaron que la recuperación de espuma en la etapa primaria es del 40,8% y del 91,6% en la etapa agotativa. La gran diferencia en los valores de recuperación de espuma medidos se debió a la diferencia en las profundidades de la cama de espuma en cada una de las celdas (50 cm en primaria; 20 cm en agotativa). Rahman y col. (2013) midieron la recuperación de espuma en función del caudal de aire y se encontraron valores de recuperación de espuma de 92,3, 93,7, 94,0 para 1,6, 1,8, 1,9 de Jg (cm / s), respectivamente. 

Estos resultados de diferentes investigadores muestran lo importante que es el manejo de la espuma y la posibilidad de investigar el efecto que tienen las principales variables como reactivos, caudal de aire, profundidad de la espuma, densidad de la pulpa, tamaño de partícula, elementos internos para el control y transporte de la espuma, etc. 

El comportamiento de la espuma (estabilidad y movilidad) es diferente bajo diferentes condiciones experimentales y está influenciado por las variables físicas, químicas y geométricas del sistema y sus interacciones.

La estabilidad de la espuma se define como la capacidad de las burbujas en la espuma para resistir la coalescencia y el estallido (Farrokhpay, 2011), mientras que la movilidad de la espuma se puede describir por los perfiles de flujo que ocurren en la espuma entre la interfaz pulpa-espuma y el desbordamiento de la espuma (Cutting et al., 1986). La espuma debe ser lo suficientemente estable y fluida a medida que se desplaza hacia el labio de rebose. La estabilidad y movilidad de la espuma depende no sólo del tipo y la concentración del espumante utilizado, sino también de la naturaleza y concentración de las partículas presentes en el sistema, en particular los efectos de la hidrofobicidad de las partículas y la distribución del tamaño (Ata, 2012; Mackay et al., 2018; Zanin et al., 2009). La Figura 3 muestra una comparación de (a) una espuma bien estructurada con buena movilidad y drenaje con (b) la espuma “apretada” o pesada con baja movilidad y apariencia estática que causa una baja recuperación de metal y espuma.

También depende de la relación entre Jg y el área de la superficie de la espuma. La Figura 4 muestra la relación entre el Jg y el FSA sobre la movilidad de la espuma y se aprecia como a un Jg constante, la velocidad de espuma se incrementa con la reducción del área de espuma. 

La Figura 5 también muestra el efecto de la posición del crowder (el cambio del área de la superficie de la espuma) sobre la velocidad de la espuma en función de Jg, a) 0,4 cm/s, b) 0,4 cm/s y c) 0,8 cm/s, respectivamente. Se observa en la Figura 5a que la celda de flotación puede producir una espuma estable que se desborda fácilmente cuando se opera al mismo Jg pero con una superficie de espuma y una distancia de transporte reducidas. La Fig. 5b no se puede desbordar. Entonces, la Fig. 5c muestra una alta área de superficie de espuma, por lo que fue necesario el doble de aire (0,8 cm/s) para producir una espuma estable. Estos sencillos experimentos representan que los aditamentos para el manejo de espuma (crowders y canaletas) sobre el área de la superficie de la espuma pueden cambiar la movilidad, la estabilidad y la recuperación de la espuma.

Canaletas y Crowders

El objetivo del manejo de espuma en plantas de flotación a escala industrial es optimizar el desempeño del proceso, buscando lograr la máxima recuperación de flotación operando sin la necesidad de incrementar la cantidad de celdas de flotación en el circuito. A partir de la década de 1950, este desafío se ha incrementado. Una de las principales razones del bajo rendimiento de los tanques más grandes es la gran zona espuma estancada que no fluye y que se desarrolla en el centro del tanque (Zheng et al., 2004). Una de las primeras estrategias para reducir la gran zona estancamiento fue introducir un crowder en la espuma. La Figura 6a muestra el primer crowder de espuma que fue patentado en 1956 (Sayers, 1956). 

El crowder era una placa inclinada que empujaba desde la parte posterior de la celda hacia el rebose en la parte delantera y evitaba que la espuma volviera a caer en la pulpa. En las celdas cilíndricas, el tipo más común de crowder es un cono invertido insertado en la espuma en el centro del tanque, con el impulsor corriendo a través del eje del cono, como se muestra en la figura 6b, que fue patentado por Outokumpu en 1991 (Kallioinen et al., 1990). Una segunda intervención para mejorar el manejo de la espuma fue la introducción de canaletas dentro de la zona de espuma. Un ejemplo de este nuevo diseño fueron las canaletas radiales que se extendían desde el borde del tanque hacia su centro. La Figura 6c muestra el diseño de canaletas radiales (Redden et al., 2000).

En estos días, hay varios diseños industriales que se utilizan particularmente en celdas de gran volumen para mejorar el manejo de la espuma (Figura 7). Sus características se definirán durante la fase de diseño e ingeniería de proyecto (greenfield). Cuando se trata de plantas en operación (brownfield), el equipo correcto de manejo de espuma  debe seleccionarse cuidadosamente no sólo en términos de rendimiento metalúrgico sino también en términos de flexibilidad para ser instalado.

Los crowders de espuma (cono) se utilizan para disminuir el área de superficie de espuma de una celda de flotación, mejorando el movimiento de la espuma hacia la canaleta y asegurando una recuperación adecuada de la espuma. El tamaño del crowder tiene ciertos límites, ya que los conos más grandes ocupan más espacio en el tanque y reducen el volumen de flotación y el tiempo de residencia en la celda.

Las canaletas periféricas internas (Internal peripherical launder) se encuentran dentro de las paredes del tanque. El área de espuma disponible está definida por la pared interna de la canaleta y el cono de espuma. Las canaletas periféricas externas (External peripherical launder) se ubican fuera de la pared del tanque. Al igual que en la configuración de canaleta periférica interna, el área de espuma está definida por el cono de espuma y, en este caso, la pared del tanque. El diseño proporciona más superficie de espuma. La canaleta periférica externa no consume volumen de la celda, por lo que el volumen efectivo para la celda de flotación también es mayor (Coleman, 2009). La distancia de transporte en las canaletas periféricas internas y externas están bien definidas como el desplazamiento radial de la espuma desde el borde del cono de espuma hasta la canaleta.

Las canaletas radiales (Radial Crowder) se instalan en la circunferencia periférica de una configuración de lavado interno o externo, creando extensiones de lavado en una dirección radial hacia el cono de espuma. Puede existir un número diferente de canaletas radiales en una celda tanque, según el tamaño de la celda y el servicio. Cuando se requiere más longitud de labio, se pueden agregar canaletas radiales a las canaletas periféricas.

Finalmente, las canaletas centrales (Center Launder) tienen un diseño concéntrico en el que la espuma fluye hacia ambos lados de la canaleta que se encuentra entre el cono de espuma y las paredes del tanque que se estrechan (también llamado outer crowder), dividiendo el área de espuma en dos secciones concéntricas. En la sección interior, el cono de espuma empuja ésta hacia el centro de lavado. En la sección exterior, la espuma es empujada hacia la canaleta por las paredes del tanque que se estrechan en la parte superior de la celda. Cuando se aplica a celdas de flotación más grandes, la canaleta central reduce significativamente la distancia de transporte de espuma en comparación con las configuraciones de canaletas periféricas, lo que puede resultar en un mejor rendimiento al reducir el tiempo de viaje de la espuma a la canaleta. Esta reducción del área de espuma tendría un impacto positivo en términos de estabilidad de la espuma.

Área de espuma

El diseño de la celda de flotación podría optimizarse utilizando una combinación de configuración de canaletas y crowders. El diseño óptimo tiene como objetivo encontrar un área de superficie de espuma adecuada y longitudes de labio que mejoren la recuperación de espuma para cualquier carga de labio del circuito de flotación (Heath y Runge, 2019).

La Figura 8 muestra el efecto de la configuración de lavado en FSA en diferentes tamaños de tanque. Muestra que el lavado central proporciona la menor FSA para cualquier tamaño de celda de flotación, mientras que el diseño de lavado externo tiene el máximo FSA disponible.

Tasa de acarreo de espuma (FCR)
El efecto del área de la superficie de la espuma sobre la recuperación de la espuma podría calcularse en términos de tasa de acarreo de espuma. La configuración de canaleta externa generalmente brinda la opción de un área de superficie de espuma disponible máxima en cualquier celda de flotación. La Tabla 1 compara el FCR para diferentes diseños de canaleta para el mismo tonelaje mientras se considera el diseño de canaleta externa como el caso base con 1 tph/m². 

Se puedo observar que el diseño de canaleta central (Center Launder) ciertamente podría ayudar a la recuperación de espuma y metal de valor, especialmente en celdas de flotación que tienen potencial para recuperar más material flotante.

Comparación de la configuración de la zona de espuma, ejemplos industriales

No hay muchos casos documentados de comparación de zonas de espuma en la industria minera. Las razones de esto se pueden detallar claramente como:

1. Disponibilidad del sitio: Es necesario que haya varios recursos dedicados a la evaluación de la zona de espuma, especialmente en términos de trabajo en el laboratorio metalúrgico.
2. Disposición del circuito de flotación: la flexibilidad de instalación y la ubicación adecuada para la evaluación de plantas existentes pueden ser difíciles de encontrar.
3. Base de datos de información: será necesario un gran número de puntos de datos para tener evidencia estadística significativa en una evaluación de zona de espuma.

Comparación de zonas de espuma de celdas individuales en España (2018)
Se instalaron un crowder ajustable y una nueva canaleta central (Center Launder) en una TankCell® e300 existente, equipada con canaleta periférica interna en la primera celda de un banco primario de cuatro unidades de flotación en el Concentradora de Cobre Atalaya Mining Proyecto Rio Tinto (Grau et al., 2019). La posición de los crowders adicionales pudo modificarse utilizando un mecanismo de elevación tipo gato de tornillo equipado con actuadores eléctricos. Se observó un aumento de la recuperación de Cu en la celda de flotación individual al comparar los resultados metalúrgicos tres meses antes y tres meses después de la instalación; la recuperación global aumentó del 59% al 68% para la celda individual que trabaja como la primera celda en la etapa primaria.

Comparación de zonas de espuma en línea de flotación primaria en Perú (2019)
Se realizó una comparación de zonas de espuma en la planta Concentradora Constancia de Hudbay Minerals Inc. (Bermudez et al., 2021) donde en 2019 se realizó la modificación de canaletas internas más radiales (Int + Radials) a canaletas centrales (Center Launders). El proyecto consistió en la instalación de canaletas centrales en los últimos tres de los siete TankCells e300 de Metso Outotec en ambas líneas paralelas. Hubo seis meses de diferencia entre la instalación de la modernización en cada línea. La instalación escalonada permitió la evaluación del desempeño metalúrgico de la línea 1 en relación con la línea 2. La Figura 8 muestra la comparación de la recuperación de Cu y Mo durante cada periodo de 6 meses, además se muestra la línea de tendencia para cada conjunto de datos. 

Además, la Figura 9 muestra fotografías del cambio en la zona de espuma de la misma celda antes y después de la modernización con canaletas centrales. Donde se aprecia en la imagen del antes el exceso de área de espuma ocasionando la aparición de la pulpa en la zona de espuma. En la fotografía del después, se aprecia que toda la zona de espuma es estable y fluida.

El proyecto produjo un aumento de recuperación estadísticamente significativo de 0.70% para Cu y 1.4% para Mo al comparar la primera línea modernizada con respecto a la línea no modernizada. 

La Tabla 2 resume la mejora metalúrgica obtenida al modificar las configuraciones en el manejo de espuma en celdas de flotación en las plantas de procesamiento Atalaya y Constancia. En Atalaya hubo una reducción de FSA de 23 m². Por otro lado, la FSA de Constancia disminuyó en 14 m².

Las características de la espuma, especialmente la recuperación, podrían ser un desafío para el área de superficie de la espuma en aumento con estas celdas de flotación más grandes.

Conclusión

Es evidente que se necesitan celdas de flotación más grandes para agotar las leyes del mineral de la mina e incrementar la capacidad y rendimiento en las plantas de procesamiento. 

Hay varios diseños disponibles para modificar las características de esta zona de espuma utilizando diseños de canaletas innovadoras que no sólo brindan una mejor estabilidad de la espuma, sino que también mejoran la movilidad de la espuma al proporcionar un mejor empuje de ésta en las celdas de flotación. El diseño de canaleta central (Center Launder) podría aumentar la tasa de transporte de espuma en un 80 a 90% con respecto al diseño de canaleta exterior tradicional. Sin embargo, estos diseños de canaletas sólo deben seleccionarse en función de las características requeridas de la zona de espuma que podrían examinarse haciendo un muestreo alrededor de los circuitos de flotación existentes o realizando un trabajo de prueba de flotación cinética detallada en material representativo de la alimentación.

Referencias

• Alexander, D. J., Franzidis, J.P., and Manlapig, E.V., 2003. Froth recovery measurement in plant scale flotation cells. Minerals engineering, 16 p.1197–1203.
• Ata, s., 2012. Phenomena in the froth phase of flotation – a review. International journal of mineral processing, 102-103, p.1–12.
• Bermudez, G., Amelunxen, P., Medina, M., Taylor, M., Dube, R., 2021. Copper and molybdenum recovery increased by upgrading flotation cells with center launders at hudbay constancia. Procedings of sme annual meeting. Dernver, usa. P.1-5
• Brito-Parada, P. R. and Cilliers, J.J., 2012. Experimental and numerical studies of launder configurations in a two-phase flotation system. Minerals engineering, 36–38 p. 119–25.
• Cole, K. E., Brito-parada, p.R., Xu, c., Neethling, s.J., And cilliers, J.J., 2012. Experimental studies and numerical model validation of overflowing 2d foam to test flotation cell crowder designs. Chemical engineering research and design, 90 p. 2196–2201.
• Coleman, r., 2009. Flotation cells: selecting the correct concentrate launder design. Filtration and separation, 46 p. 36–37.
• Contreras, F., Yianatos, J. and Vinnett, l., 2013. On the froth transport modelling in industrial flotation cells. Minerals engineering, 41 p. 17–24.
• Corona-Arroyo M.A., Ledesma-Guerra, J.T., Valtierra-Olivares, J. E., 2019. Effect of froth crowder on froth velocity and metallurgical recovery. Procedings of 2019 international symposium on sustainable mining and mineral processing technology. Wuhan, china. 
• Cutting, G. W., Barber, S.P., and Newton, S., 1986. Effects of froth structure and mobility on the performance and simulation of continuously operated flotation cells. International journal of mineral processing, 16(1–2) p. 43–61.
• Dreyer, J.P., 1976. Development of agitair flotation machines. Journal of the southern african institute of mining and metallurgy, 76(11) p. 445-447.
• Farrokhpay, S., 2011. The significance of froth stability in mineral flotation – a review. Advances in colloid and interface science, 166(1–2) p. 1–7.
• Finch, J.A., Dobby, g.S. 1990. Column flotation, pergamon press, Oxford, UK.
• Grau, R., Davoise, D., Yáñez, A., and López, A., 2019. Optimizing the froth area of large mechanical flotation cells. 1–13. Procedings of 15th international mineral processing conference, p. 1-13.
• Heath, J. Runge, k. 2019. Froth management. In. Dunne, r., Kawatra, S.K. And young, c. (Eds.),   Sme mineral processing & extractive metallurgy handbook, society for mining, metallurgy & exploration. Usa, p. 959-966. (Chapter 7.4).
• Kallioinen, j.O., Koivistoinen, p. O., Rantanen, s.O., 1990. Flotation machine. United states patent office, us patent 5,039,400
• Lelinski, D., Stevens, D., Walker, M., Weber, A., 2017.  Metallurgical performance of the 660 m3 supercell equipped with the nextstep rotor and stator. Procedings of flotation’17, mei, cape town, south africa, p. 1–4.
• Lynch, A.J. Watt, J. S., Finch, J. A., and Harbort, G. J., History of flotation . Ausimm, carlton, melbourne, australia.
• Mackay, I., Mendez, E., Molina, I., Videla, A.R., Cilliers, J.J., and Brito-Parada, P.R., 2018. Dynamic froth stability of copper flotation tailings. Minerals engineering, 124 p. 103–107.
• Mesa, D. and Brito-Parada, P.R., 2019. Scale-up in froth flotation: a state-of-the-art review. Separation and purification technology, 210 p. 950–962.
• Murphy, B., Mattsson, T., Maksimainen, T., Muzinda, I., Rinne, A., 2016. Performance of the tankcell® e500 at the kevitsa mine.2016. Procedings of sme annual conference and expo: the future for mining in a data-driven world, p. 563.
• Neethling, S. J, 2008. Simple approximations for estimating froth recovery. International journal of mineral processing, 89(1–4) p. 44–52.
• Rahman, R. M., Ata, S. and Jameson, G.J., 2013. Froth recovery measurements in an industrial flotation cell. Minerals engineering, 53 p. 193–202.
• Redden, l., Foot, D.G., Hunt, J.W., 2000. Flotation cell with radial launders for enhancing froth removal. United states patent office, us patent 6,095,336
• Sayers, M. J., 1956. Froth-crowding flotation machine and method. United states patent  office, us patent 2,756,877
• Seaman, d. R., Franzidis, j.P., And manlapig, e.V., 2004. Bubble load measurement in the pulp zone of industrial flotation machines – a new device for determining the froth recovery of attached particles. International journal of mineral processing, 74(1–4) p. 1–13.
• Seaman, D. R., Manlapig, E.V., and Franzidis, J.P., 2006. Selective transport of attached particles across the pulp-froth interface. Minerals engineering, 19(6–8) p. 841–51.
• Wills, B. A., Finch, J.A., Barry A., 2016. Wills’ mineral processing technology, eight edition, butterworth-heinemann, oxford, uk, p. 328-329.
• Yianatos, j. B., Bergh, l.G. And cortés, g.A., 1998. Froth zone modelling of an industrial flotation column. Minerals engineering, 11(5) p. 423–435.
• Yianatos, J. B., Moys, M.H., Contreras, F., and Villanueva, A., 2008. Froth recovery of industrial flotation cells. Minerals engineering, 21(12–14) p. 817–825.
• Zanin, M., Wightman, E., Grano, S.R., and Franzidis, J.P., 2009. Quantifying contributions to froth stability in porphyry copper plants. International journal of mineral processing, 91(1–2) p. 19–27.
• Zheng, X., Franzidis, J.P., and Manlapig, E., 2004. Modelling of froth transportation in industrial flotation cells: part I. Development of froth transportation models for attached particles. Minerals engineering, 17(9–10) p. 981–988.

1 División de Ingenierías, Departamento de Minas, Metalurgia y Geología, Universidad de Guanajuato, Ex-Hacienda de San Matías S/N, Guanajuato, GTO

2 Metso Outotec Canada Inc

3 Metso Outotec USA Inc