CARBÓN
Colombia, en cuanto a recursos carboníferos se refiere, ocupa dentro de los países latinoamericanos un lugar privilegiado, ya que cuenta con las mayores reservas y con una gran variedad de calidades. Este potencial carbonífero está distribuido en las tres cordilleras principales, correspondiendo la mayor parte a la Cordillera Oriental. La zona de Cundinamarca y Boyacá es la más importante de la región central, no solo por su extensión sino por el conocimiento que se tiene de sus carbones, su minería, su producción, por sus reservas y por su calidad coquizante de buena parte de los carbones existentes.
La ubicación de este mineral en el departamento de Boyacá se presenta de la siguiente forma:
Carbones térmicos, en las provincias de Sugamuxi, Tundama, Centro y Márquez.
Carbones coquizables, en las provincias de Valderrama, Norte y Centro
Carbones antracíticos y semiantracíticos, en las provincias de Norte y Occidente.
USOS
El carbón fue durante mucho tiempo empleado esencialmente en la producción de calor y fuerza (combustión) desaprovechando de esta manera buena parte de sus propiedades. Sin embargo, desde fines del siglo pasado se empezó a trabajar en la utilización integral del carbón, permitiendo su aprovechamiento para la obtención de productos como combustibles líquidos o sustancias químicas.
De manera general la utilización actual del carbón se puede resumir en cuatro procesos que son: combustión, carbonización, gasificación e hidrogenación (licuefacción).
En Colombia, se tiene de tiempo atrás una amplia utilización en la combustión (energía eléctrica) y en la carbonización (coque metalúrgico), pero se debe aceptar que aún se está lejos de poder producir a escala industrial, toda la gran cantidad de subproductos que se pueden obtener a partir de la gasificación y la licuefacción del carbón (combustibles, lubricantes, pinturas, jabones, detergentes, drogas, fibras sintéticas, etc.)
Combustión: es la principal utilización actual del carbón desde el punto de vista del volumen consumido. Teniendo en cuenta que el carbón es una roca sedimentaria combustible, se trata de aprovechar la cualidad que tiene de quemar en presencia de aire y oxígeno, produciendo además variable cantidad de calor conocida con el nombre de poder calorífico.
No obstante, los importantes avances tecnológicos, estos procesos presentan aun algunas limitaciones como son las pérdidas de eficiencia, las perdidas por transferencia al medio ambiente y la contaminación ambiental.
Los sistemas más conocidos para la combustión directa del carbón son: combustión en lecho fluidizado, combustión de mezclas de carbón y fuel oíl y combustión por el proceso magneto hidrodinámico.
Carbonización: es el proceso mediante el cual la temperatura hace que el carbón, pasando por un estado plástico, produzca coque como resultado de una “destilación destructiva que descompone el carbón por acción del calor, en ausencia total o parcial de oxígeno, para obtener un residuo sólido y coherente (coque) y residuos líquidos y gaseosos. Los productos líquidos son benzol, aceites y alquitrán y el producto gaseoso es una mezcla de hidrocarburos, hidrogeno, monóxido y dióxido de carbono principalmente.
La principal utilización a nivel mundial de este proceso es la fabricación del coque metalúrgico, para lo cual el carbón debe cumplir con una serie de especificaciones físico-químicas y petrográficas.
Hidrogenación: es la conversión del carbón en hidrocarburos líquidos y compuestos relacionados, por hidrogenación a elevadas temperaturas y presiones. En esencia consiste “en el tratamiento de una pasta de carbones bituminosos pulverizados con gas hidrogeno bajo condiciones apropiadas de temperatura y presión, para formar las moléculas liquidas de carbono e hidrogeno las cuales constituyen los hidrocarburos”. La principal aplicación de este proceso es la obtención de combustibles líquidos y todos sus derivados.
Gasificación: este proceso permite el aprovechamiento sistemático y a nivel industrial, de la propiedad que tiene el carbón de producir gas combustible al ser calentado. El gas producido puede ser de alto, medio o bajo poder calorífico según que las gasificadoras utilicen aire, mezclas u oxígeno como agentes para la combustión. Este proceso puede ser realizado en plantas gasificadoras a nivel industrial; este tiene gran aplicación como sustituto de combustibles derivados del petróleo en gran cantidad de industrias (vidrio, cementos, metalúrgicas, textiles, etc.)
AMBIENTE DE FORMACIÓN
En un sentido amplio de la palabra, el carbón se ha definido como una roca sedimentaria combustible, de origen orgánico, generalmente de color negro (también pardo), que se presenta en forma de capas, en posición estratiforme dentro e cuencas sedimentarias. La cuencas resultan de la acumulación de grandes cantidades de restos vegetales que sufren una evolución más o menos completa, pero en todos los casos compleja, en un ambiente saturado de agua (pantanos), preferencialmente en las planicies costeras (deltas, lagunas) y fluviolacustres.
Los procesos sufridos por esta gran masa de material vegetal, que ha sido acumulada y enterrada, son de tipo bioquímicos inicialmente y geoquímico después; se conocen como procesos de carbonificación y consisten inicialmente en un enriquecimiento relativo de carbono fijo, a costa de la perdida de otros elementos como H y O expulsados en forma de agua, dióxido de carbono y metano, principalmente. Se debe pensar entonces que en estos procesos entran a desempeñar papel importante diferentes variables físico-químicas, entre las cuales vale la pena mencionar el tipo de materia vegetal (variedades de plantas), el pH del ambiente, la actividad bacterial, la temperatura y la presión, estos dos últimos ocasionados por el peso del material que se deposita cubriendo los restos vegetales. Todo esto lleva la materia vegetal progresivamente a los estados de turba, lignito, carbón subbituminoso, bituminoso y antracitas.
Dada la gran importancia de este recurso energético es decisiva su clasificación, la cual se hace por rango o por tipo. La clasificación por rango indica el grado alcanzado en el proceso de carbonificación anteriormente descrito, mientras que la clasificación por tipo depende de la naturaleza, condiciones del depósito y alteración de los restos vegetales que los originaron.
Los carbones de Boyacá se encuentran en la formación Guaduas, de edad Maestrichtiano- Paleoceno formados en pantanos, esta formación es infrayacida por la Formación Guadalupe y suprayacida por la Formación Picacho o Formación Socha. En esto se ha reportado la existencia de 12 a 17 mantos de carbón que varían entre 0.7 y 1.5 metros de espesor para un total acumulado promedio de 11 m para el flanco occidental y 8 m para el flanco oriental.
PROSPECCIÓN
Una vez aclarada y definida la situación legal y jurídica del área a explorar, se deben iniciar las labores técnicas propias de la exploración que son todas aquellas que tienden a localizar, identificar, delimitar y seleccionar las áreas más propicias para emprender algún tipo de actividad minera o de explotación. Estas labores, que en términos generales no difieren mucho de las actividades realizadas en exploración para petróleo u otro mineral, se pueden resumir así:
FASE 1: revisión y evaluación de la información existente, reconocimiento geológico general, cartografía geológica, censo minero (si se justifica), muestreo y análisis físico-químico.
FASE 2: cartografía geológica detallada, mapeo de mantos, perforaciones exploratorias (con registro de pozos), identificación o delimitación de bloques o sectores.
Hasta aquí las labores realizadas están encaminadas a conocer el potencial carbonífero de las áreas seleccionadas, numero de mantos, espaciamiento estratigráfico, continuidad vertical y lateral de los mismos, complejidad estructural del área y una primera aproximación a la calidad y clasificación de los carbones. Con base en el análisis de la información se debe tomar la determinación de continuar o no la tercera fase.
FASE 3: consiste esencialmente en un programa sistemático de perforaciones, con registro de pozos y análisis palinológicos, tendientes a definir la interpretación geológica, conocer detalladamente el yacimiento, resolver problemas estructurales, realizar de manera confiable la correlación de mantos y establecer la posible influencia de fallas o demás estructuras en el diseño minero.
Pata el registro de pozos se utilizan generalmente los sistemas convencionales que ofrecen respuestas favorables para los carbones como son rayos gamma, densidad, potencial inducido y resistividad.
FASE 4: con la información obtenida en las fases anteriores se puede emprender la evaluación propiamente dicha del yacimiento es decir, el cálculo de reservas. Conociendo la geometría del yacimiento y la configuración tridimensional del mismo, se realizan las proyecciones de las capas de carbón, se calculan áreas de las mimas y luego el volumen teniendo en cuenta el espesor de cada una de ellas.
URANIO
En Colombia debido a su gran variedad de litologías que concentran todos los ambientes geológicos que ocurren en América del Sur, se favorece la posibilidad de encontrar estos yacimientos. En el departamento de Boyacá específicamente en los municipios de Paipa, Iza, Pesca y Tota, en diferentes tipos de rocas es posible encontrar manifestaciones de este mineral.
USOS
El uranio es un elemento radioactivo. La principal utilidad estriba en la enorme cantidad de energía que libera la fisión nuclear. Después de la Segunda Guerra Mundial, cuando se logró controlar esa energía, se comenzó a usar en la generación de energía eléctrica.
Isotopos radioactivos se han usado también en medicina, agricultura, veterinaria, conservación de alimentos; algunos se utilizan como rastreadores principalmente en corrientes de agua. También se ha utilizado en cerámica y en la coloración del vidrio. Después de 1942, empezó a utilizarse en forma restringida en el campo militar.
AMBIENTE DE FORMACIÓN
Este es un elemento que se encuentra en gran variedad de litologías y de ambientes geológicos; podría decirse que está presente en todas las rocas, aunque en varias, en contenidos muy bajos y por consiguiente sin interés económico. En términos generales, las rocas sedimentarias del Proterozoico son las más favorables, esencialmente aquellas que se depositaron en ambientes reductores y han sufrido poco metamorfismo. También se presentan yacimientos en rocas ígneas principalmente ácidas.
EN ROCAS IGNEAS: el contenido de uranio en la corteza terrestre es aproximadamente de 2 ppm; en magmas basálticos, disminuye a 0.5 ppm. Debido a su valencia y su gran radio iónico, difícilmente forma minerales independientes al comienzo de la diferenciación magmática, o se acomoda como elemento traza en otros minerales. Cuando la diferenciación magmática se hace más granítica el contenido residual de uranio aumenta. Las rocas ígneas finales de una diferenciación son las que tienen mayores posibilidades de contener uranio tales como granito, leucogranito, aplita, pegmatita y alaskita. También son favorables las rocas alcalinas con alto contenido en K y deficiencia en Na, Ca y Si, tales como sienitas las cuales comúnmente son ricas en torio; particularmente en aquellas rocas que son producto de concentración de los volátiles residuales.
Se presentan condiciones favorables para concentraciones de uranio en rocas relacionadas con la evolución de magmas graníticos, como anatexis, magmas graníticos productos de fusión parcial, en grados de metamorfismo relativamente altos superiores a anfibolita y cuando se presentan altas cantidades de agua en magmas sometidos a alta presión. También se presentan ocurrencias de uranio en forma de diseminaciones singenéticas en rocas alcalinas y carbonatitas.
El uranio también puede presentarse en rocas volcánicas, principalmente las ricas en volátiles de composición alcalina y deficientes en silicatos de Fe y Mg. Principalmente durante la evolución de la caldera volcánica, se presenta uranio en flujos de ceniza de composición riolitica durante la sedimentación vulcanoclástica. También se presenta en venas asociadas con rocas félsicas; normalmente se observa una correlación entre las venas con uranio y las rocas graníticas; generalmente las zonas ricas en uranio están llenando los espacios vacíos en fracturas, fallas, brechas o estovercas. Usualmente las venas son de poca extensión vertical y el mineral principal es pichblenda que se encuentra junto con cuarzo, calcita y en menor proporción sulfuros.
EN ROCAS SEDIMENTARIAS: se han encontrado yacimientos de uranio en depósitos singenéticos, en placeres y en materiales marinos y lacustres. También otros depósitos están relacionados con eventos epigenéticos, donde la lixiviación del agua subterránea puede transportar y depositar uranio en ambientes reductores, evaporitas, zonas de inconformidad, y como producto de cambios en la química del agua subterránea.
El uranio es transportado por aguas superficiales que lavan el continente y lo trasladan hacia el océano, donde se deposita en ambiente reductor junto con materia orgánica que posteriormente van a formar shales. Las condiciones favorables para este tipo de depósitos son baja rata de sedimentación, fuertes condiciones reductoras, abundante material de restos de plantas, poca cantidad de material terrígeno, depositación intracatrónica de poca profundidad y restringida circulación. En ambientes evaporiticos, las aguas subterráneas oxidadas producen la precipitación del uranio por incremento del contenido de este elemento y por renovación de CaCO3 o por escape de CO2.
EN ROCAS METAMORFICAS: durante los eventos metamórficos usualmente el uranio sale paulatinamente debido a la deshidratación de las rocas cuando aumenta la temperatura y la presión. Este elemento junto con otros elementos trazas migran disueltos en agua y en presencia de CO2 a través de zonas de baja presión. Estos fluidos hidrotermales se depositan en fracturas, zonas de cizallamiento, rocas de bajo grado de metamorfismo, asociada a procesos sucesivos de alto metamorfismo; también se presentan acumulaciones producidas por fusión parcial. Los principales depósitos están asociados con shales carbonáceos (pizarras y esquistos), rocas volcánicas ácidas y conglomerados provenientes de placeres.
Las manifestaciones que se presentan en el departamento se dan en rocas ígneas debido a la actividad volcánica que presentan estos municipios.
PROSPECCIÓN
Además del conocimiento geológico logrado por medio de estudios de campo y de fotointerpretación requeridos para la búsqueda de otros minerales, la exploración de uranio se complementa con métodos geofísicos y geoquímicos especialmente.
Los métodos utilizados en geofísica son aquellos relacionados con las medidas de radiación gamma producto de la desintegración radioactiva. Los más utilizados son el detector Geiger, el centilómetro y el espectrómetro de rayos gamma.
La mayoría de los depósitos de uranio en el mundo han sido descubiertos por medio de la medición de la radiación gamma. Estos métodos utilizados desde las primeras épocas de la exploración de uranio, se han modernizado para aumentar su efectividad y disminuir su precio. Durante los registros de pozos principalmente en petróleo y agua subterránea, se utilizan métodos radiométricos que son variaciones para detectar las radiaciones gamma. Otros métodos también usados pero con menor frecuencia son las cámaras de ionización, donde se mide la descarga de partículas alfa que afectan las películas para fotografía, y se puede establecer así la mayor o menor concentración de uranio.
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