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GEOLOGÍA FÍSICA
Universidad Nacional de Colombia
Sede 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)
Recursos energéticos
- 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
Recursos energéticos
- Carbón
Minas de carbón en Guajira y Cesar:
A cielo abierto. Las más grandes del
mundo, > 30E6 toneladas/año
Recursos energéticos
- 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...)
Recursos energéticos
- Petróleo y gas natural
Recursos energéticos
- Petróleo y gas natural
Recursos energéticos
- 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)
Recursos energéticos
- 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)
Recursos energéticos
- Efectos ambientales de la quema de combustibles
fósiles
Concentración CO2 (ppm)
310
290
270
250
230
210
190
170
150
0E+00
1E+05
2E+05
Edad (años AP)
3E+05
4E+05
Recursos energéticos
- Efectos ambientales de la quema de combustibles
fósiles
Concentración CO2 (ppm)
310
290
270
250
230
210
190
170
150
0E+00
1E+05
2E+05
Edad (años AP)
3E+05
4E+05
Recursos energéticos
6000
5000
4000
3000
2000
1000
México
Italia
Canadá
Reino Unido
Alemania
India
Japón
Rusia
China
0
Estados
Unidos
Emisión anual CO2 (millones de toneladas)
- Efectos ambientales de la quema de combustibles
fósiles
Colombia: 64 Mton/año
Recursos energéticos
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, ...
Metal
Menas
Aparición geológica
Aluminio
Bauxita
Residuo de la meteorización
Cromo
Cromita
Segregación magmática
Cobre
Sulfuros
Hidrotermal, metamorfismo de contacto, residuo de meteorización
Oro
Au nativo
Hidrotermal, placeres
Hierro
(Hidr)óxidos
Formaciones sedimentarias, segregación magmática, meteorización
Plomo
Galena
Hidrotermal
Magnesio
Magnesita
Dolomita
Hidrotermal
Manganeso
Pirolusita
Residuo de la meteorización
Mercurio
Cinabrio
Hidrotermal
Molibdeno
Molibdenita
Hidrotermal
Níquel
Pentlandita
Segregación magmática
Platino
Pt nativo
Segregación magmática, placeres
Plata
Ag nativa
Argentita
Hidrotermal, enriquecimiento por meteorización
Estaño
Casiterita
Hidrotermal, placeres
Titanio
Ilmenita
Rutilo
Segregación magmática, placeres
Wolframio
Wolframita
Pegmatitas, metamorfismo de contacto, placeres
Uranio
Uraninita
Pegmatitas, depósitos sedimentarios
Cinc
Esfalerita
Hidrotermal
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
Mineral
Usos
Aparición
Apatito
Fertilizantes
Depósitos sedimentarios
Asbestos (crisotilo)
Fibras incombustibles
Alteración metamórfica
Calcita
Agregados, acero, tratamiento de suelos,
productos químicos, cemento, construcción
Depósitos sedimentarios
Arcillas (caolinita)
Cerámica
Residuo de meteorización
Corindón
Gemas, abrasivos
Yacimientos metamórficos
Diamante
Gemas, abrasivos
Kimberlitas, placeres
Fluorita
Acero, beneficio aluminio, vidrio, productos
químicos
Hidrotermal
Granate
Gemas, abrasivos
Yacimientos metamórficos
Grafito
Lápices, lubricantes, refractarios
Yacimientos metamórficos
Yeso
Argamasa (construcción)
Depósitos de evaporitas
Halita
Sal de mesa, productos químicos
Evaporitas, domos de sal
Moscovita
Aislante eléctrico
Pegmatitas
Cuarzo
Vidrio
Intrusiones, sedimentario
Azufre
Productos químicos, fertilizantes
Sedimentario, hidrotermal
Silvina
Fertilizantes
Depósitos de evaporitas
Talco
Pinturas, cosméticos, papel
Yacimientos metamórficos
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:
Producción anual de carbón en millones
Carbones del
de toneladas
Cerrejón y
Drummond
70% de la
producción de
América Latina,
1% de la
producción
mundial
Explotación de recursos en Colombia
Carbón
Explotación de recursos en Colombia
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
Explotación de recursos en Colombia
Petróleo
3% de la producción de América Latina
Producción anual de petróleo en barriles
por día
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
Explotación de recursos en Colombia
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
Explotación de recursos en Colombia
Oro
Antioquia (68%), Chocó (7%), Bolívar (6%), Caldas (5%)
Principales empresas: Frontino Gold Mines, Grupo de Bullet,
Mineros de Antioquia
Producción anual de metales preciosos en
millones de gramos
8% de la
producción de
América Latina,
1% de la
producción
mundial
Explotación de recursos en Colombia
Plata
Antioquia (61%), Caldas (27%), Bolívar (4%)
Producción anual de metales preciosos en
millones de gramos
Explotación de recursos en Colombia
Platino
Único productor en América Latina. Chocó (~100%)
Producción anual de metales preciosos en
millones de gramos
Explotación de recursos en Colombia
Oro
Explotación de recursos en Colombia
Plata
Explotación de recursos en Colombia
Platino
Explotación de recursos en Colombia
Ferroníquel (lateritas)
51% de la producción de América Latina, segundo productor
mundial. Cerromatoso SA, Montelíbano, Córdoba (100%)
Producción anual de ferroníquel en
millones de libras
Reservas
estimadas en
61 millones de
toneladas con
1.67% de
FeNi, es decir,
20 años con la
producción
actual
Explotación de recursos en Colombia
Cemento
Cuarto productor en América Latina (después de Brasil, México y
Venezuela)
Principales empresas: Argos (50%), CEMEX (30%)
2007, 2008: 9.2
millones
Explotación de recursos en Colombia
Esmeraldas
Primer productor mundial. Boyacá (~100%). MINERALCO S.A.
Producción anual de esmeraldas en millones de
quilates
Explotación de recursos en Colombia
Esmeraldas
Explotación de recursos en Colombia
Sal (En roca y marina)
En 2002 se pasó de importador neto a exportador neto
Explotación de recursos en Colombia
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
Explotación de recursos en Colombia
IMPORTACIÓN Y EXPORTACIÓN DE MINERALES NO
METÁLICOS, 1994-2006
Valor, Millones de dólares
600
500
400
300
200
100
0
1994
1996
1998
2000
IMP
2002
EXP
2004
2006