1. INTRODUCCIÓN

Millones de personas en el mundo trabajan en minería de oro artesanal y en pequeña escala, que hace de esta actividad una fuente importante de ingresos (y algu nas veces única) para los habitantes de regiones rurales donde las alternativas económicas son sumamente li mitadas. Muchas de las personas dedicadas a la mine ría viven en condiciones altas de insalubridad debida principalmente al mercurio de la amalgamación y la aplicación de técnicas muy rudimentarias para extraer el metal ¹. A nivel mundial este tipo de minería consu me cerca de 1000 Ton/año de mercurio, lo cual es más del 30% del mercurio que se consume en el mundo ². Las emisiones de mercurio al medio ambiente debido a la minería artesanal de oro tienen graves implicacio nes en la salud de las personas y en el medio ambiente; actualmente existen de 10 a 15 millones de mineros ar tesanales y pequeños mineros dedicados a la extracción del metal precioso en todo el mundo ³.

En Colombia la mayoría de los yacimientos aurífe ros son explotados sin tener conocimiento técnico ni preciso de las características de los diferentes tipos de mena en que se presenta el oro, esto conlleva a opera ciones de recuperación incorrectas lo que implica bajas recuperaciones de oro, mal aprovechamiento de los recursos minerales y principalmente grandes impactos ambientales malignos y de salud pública, por los altos niveles de contaminación con mercurio en las zonas donde se llevan a cabo dichas operaciones mineras ar tesanales.

La región del nordeste antioqueño, en Colombia, ha sido identificada como la región con la mayor conta minación de mercurio del mundo, asociando esta con taminación con las operaciones artesanales aplicadas a la minería de oro ³.

En la figura 1 se muestran las zonas mineras al nordeste de Antioquia - Colombia. La escala de contaminación por mercurio de la zona de estudio es alarmante, pues las actividades mineras se llevan a cabo sin asistencia técnica y de manera rudimentaria. El procesamiento del mineral aurífero de forma artesanal consiste en la adición de mercurio a todo el mineral que contiene el metal precioso y luego la mezcla de mercurio-mineral es reducida de tamaño en pequeños molinos de bolas conocidos como "cocos", este proceso es denominado amalgamación del mineral, pero es sabido que este proceso propicia perdidas de mercurio en relaves y efluentes ^{(3, 4)}. Se estima que más de 100 toneladas de mercurio al año son emitidas por la minería artesanal de oro en Colombia ⁴.

Figura 1 Localización de la región en estudio. 

Cordy et.al. en 2011 ⁽³⁾ evaluó la contaminación causa da por mercurio en el nordeste antioqueño, encontran do que en esta zona se hallan 17 municipios mineros que tienen entre 15.000 y 30.000 mineros artesanales de oro, donde en el procesamiento de oro artesanal, las amalgamas de mercurio-oro son quemadas sin ningún tipo de control; se detectó que el 59% del mer curio agregado en el proceso se pierde en el ambiente, el 46% en relaves que contaminan las fuentes hídricas y el 4% en forma de vapores cuando la amalgama es quemada.

Es probable que Colombia sea la tercera mayor fuente de emisión de mercurio por minería artesanal de oro a nivel mundial, después de China que emite entre 240 a 650 toneladas de mercurio por año e Indonesia, cuya emisión de mercurio oscila entre 130 a 160 toneladas por año ⁽⁴⁾.

La caracterización de yacimientos debe ser una parte fundamental en los estudios mineros modernos, pues en el campo del procesamiento de minerales auríferos constituye una herramienta útil en la definición y eva luación de procesos de beneficio, ya que una correcta caracterización puede evitar la realización de opera ciones metalúrgicas inadecuadas, lo cual repercute en la optimización de todo el proceso metalúrgico ^5,6.

Generalmente las estrategias para educar a los mine ros artesanales sobre impactos ante la exposición al mercurio y las tecnologías implementadas para preve nir la contaminación han sido limitadamente eficaces ^7,8; en la presente investigación se propone que para mitigar las emisiones de mercurio causadas por la mi nería artesanal de oro se requiere tener una compren sión amplia en aspectos técnicos, directamente con una buena caracterización mineralógica del yacimien to de oro en la región del nordeste antioqueño. Para llegar al objetivo propuesto la metodología consistió en realizar una caracterización y determinación de las asociaciones del oro por microscopía electrónica me diante QEMSCAN y FE-SEM, respectivamente, luego una cuantificación del oro presente en las muestras y unas pruebas de lixiviación con cianuro para determi nar la cantidad de oro que se puede recuperar median te este proceso hidrometalúrgico.

2. METODOLOGÍA

Se seleccionaron tres yacimientos auríferos beneficia dos artesanalmente con mercurio ubicados alrededor del municipio de Segovia, en el nordeste del departa mento de Antioquia - Colombia. Cada yacimiento per tenece respectivamente a cada mina; la Mina 1 en las coordenadas N 07°05'18.7'' W 74°42'29.5''; Mina 2 en las coordenadas N 07°05'28.9'' W 74°42'06.5''; Mina 3 en las coordenadas N 07°00'18.5'' W 74°42'40.4''. De cada uno de los yacimientos auríferos se tomaron aproximadamente 5 Kg de mineral mediante muestreo, luego fueron reducidos de tamaño en una pulverizadora de referencia BICO Pulverizer Type UA, a 100 % pasante 1 mm. El material pulverizado fue mezclado y separado en cargas de 1 Kg mediante cuarteo, de este último material se obtuvieron las muestras enviadas a análisis, las cuales fueron montadas en resina epoxi de forma cilindrica con diámetro de 2,54 cm. El área para análisis fue cortada, pulida y recubierta con carbón para su respectivo análisis por QEMSCAN y FE-SEM.

2.2. Análisis por ensayo al fuego y pruebas de lixiviación

El ensayo al fuego consiste en producir una fusión de la muestra mineral usando reactivos y fundentes adecuados para obtener una fase metálica de interés (Au y Ag), que posteriormente se somete a análisis químico para determinar el contenido de oro y plata en la muestra mineral ²⁴. Luego de la determinación del contenido de oro en cada muestra de yacimiento se realizaron pruebas de cianuración convencional con el objetivo de evaluar la recuperación y la ciné tica de extracción de oro en cada una de las muestras de mineral. Cada prueba se llevó a cabo en un reactor agitado de 2 litros de capacidad. El mineral pulveri zado fue adecuado en una pulpa al 30 % de sólidos, el pH de pulpa se mantuvo en 10,5, la concentración de cianuro fue de 1,125 g/l y el tiempo de lixiviación se realizó durante 48 horas. Se tomaron soluciones de cianuración a 2, 4, 8, 24 y 48 horas y se analizaron en un espectrofotómetro de absorción atómica de refe rencia Thermo Scientific iCE 3300 para determinar la cantidad de oro extraído.

Figura 2 a) Equipo QEMSCAM; b) Equipo FE-SEM de ZEISS. 

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El primer análisis por QEMSCAN entregó la com posición mineralógica de cada yacimiento, que se observa en la tabla 1. Este primer análisis entrega la abundancia relativa de cada uno de los minerales pre sentes en la muestra. Se determinó que las muestras se encuentran formadas principalmente por cuarzo, sin embargo el Yacimiento 3 está formado además por feldespato potásico. Las otras fases presentes en todos los yacimientos son feldespato potásico, moscovita y pirita, y las fases menores son biotita, caolinita y calcita, entre otras. Una de las ventajas de los resultados arrojados por el análisis con QEMSCAN es el uso de mapas minerales para identificación de las asociacio nes de fases en cada muestra ¹⁴. El segundo tipo de resultado obtenido por el QEMSCAN (figuras 3 a 5) es el análisis de campo por falso color, el cual se reporta por composición mineralógica y tamaño de partícula.

Con respecto a las asociaciones mineralógicas, las partículas minerales reportan asociaciones en cua tro categorías que se muestran visualmente: granos libres, liberados, minerales binarios y minerales ter narios. Los granos "libres" se refieren a partículas con >95% de su superficie identificada de un mineral dado, mientras que grano "liberado" se refiere a par tículas con >80% de su superficie identificada con un mineral dado.

Las partículas compuestas por asociaciones minerales binaras y ternarias se refieren a partículas compuestas por dos minerales o tres minerales, respectivamente, en composiciones iguales. Con respecto a la clasifica ción por tamaño, los granos gruesos se refieren a ta maños +200 µm; los granos medios a tamaños entre 100 y 200 µm y los granos finos a tamaños menores a 100 µm.

Las imágenes en falso color son asociadas a un subgru po de partículas de cada yacimiento analizado, orde nada cada imagen por tamaño de área analizada. En la figura 3 se observan que las partículas del Yacimiento 1 presentan tamaño fino; con respecto a la mineralogía se presentan mayormente partículas libres y liberadas de cuarzo, también se observan partículas con mezclas de varios minerales y partículas liberadas de moscovi ta en mayor proporción, pirita, feldespato potásico, y calcita. Además se determinan partículas binarias de feldespato potásico - cuarzo y pirita - biotita y par tículas ternarias de cuarzo - esfalerita - biotita y fel despato potásico - biotita - calcita. Las partículas de mezclas minerales se componen de cuarzo, feldespato potásico, moscovita, feldespato-albita, biotita, calcita y pirita.

La figura 4 muestra las partículas del Yacimiento 2, es la muestra que presenta tamaños más finos, pues todas sus partículas son menores a 100 pm. El Yaci miento 2 presenta partículas de cuarzo libres y partí culas de moscovita, calcita, pirita y galena liberadas, también presenta mezclas binarias de cuarzo - feldes pato potásico, cuarzo - moscovita y biotita - calcita. Además en esta muestra se encuentran partículas de mezclas minerales, pero en menor proporción que las otras muestras.

Figura 3 Imágenes en falso color de la muestra del Yacimiento 1 analizado por QEMSCAN. 

Figura 4 Imágenes en falso color de la muestra del Yacimiento 2 analizado por QEMSCAN. 

Figura 5 Imágenes en falso color de la muestra del Yacimiento 3 analizado por QEMSCAN. 

La figura 5 entrega el análisis del Yacimiento 3, que a diferencia de las otras minas presenta tamaños grue sos y además todas las partículas son una mezcla de minerales, prácticamente no existen partículas libres o liberadas ni tampoco partículas binarias o ternarias, esto concuerda con el análisis mineralógico donde se observa que esta muestra es la que menos presencia de cuarzo tiene (ver tabla 1). Las partículas de este ya cimiento son mezclas minerales de cuarzo, feldespato potásico y moscovita en su mayoría, con presencia de feldespato-albita, biotita, clorita y pirita.

El proceso de amalgamación es ideal para partículas de oro libre con tamaños entre 1,5 mm a 75 ^m; en los análisis por QEMSCAN realizados no se encontra ron partículas de oro libre. Minerales como la pirita y la galena tienen un efecto negativo en el proceso de amalgamación, en los resultados anteriores se eviden cia su presencia en todas las muestras analizadas. Lo anterior demuestra que el uso del mercurio no es el método apropiado para tratar este tipo de yacimien tos, se utiliza simplemente porque es un proceso que demanda bajo conocimiento técnico y baja inversión económica.

El tercer análisis realizado a cada una de las muestras se basó en el sistema automatizado de mineralogía con el FE-SEM y el programa ZEISS Mineralogic Mining, con el único objetivo de encontrar la presencia y dis tribución del oro dentro de los yacimientos minerales. En las tablas 2 a 4 se entregan los resultados de este análisis. El estudio de la distribución del oro en el Ya cimiento 1 revela que el 85% del oro se encuentra de forma nodular en la moscovita y el 11% del oro se en cuentra en forma de electrum en el cuarzo, como se puede observar en la tabla 2.

En la tabla 3 se presenta el estudio de la distribución del oro en el Yacimiento 2, donde se observa que el 71% del oro se encuentra en forma de electrum, en partículas de 3 µm de tamaño (en base al programa del ZEISS). El 14% del oro se encuentra en forma no dular como electrum en la pirita y el 12% del oro se encuentra de forma nodular en moscovita y en forma de electrum en el cuarzo. El resto del oro se encuentra como oro metálico electrum nanoscópico asociado con varias fases minerales.

La tabla 4 muestra que el oro presente en el Yacimiento 3 se encuentra de forma nodular en la moscovita en un 68% y el 29% se encuentra en el cuarzo en modo de electrum. Solamente el 0,2% del oro se encuentra de forma nodular en la pirita (oro submicroscópico).

La tabla 5 entrega los resultados del ensayo al fuego para las tres muestras minerales. La muestra con más alto contenido de oro es el Yacimiento 2 con 34 g/t, lo cual es un valor alto pero no excepcional en esta región del país. La segunda muestra con mayor conte nido de oro es el Yacimiento 3 con 2 g/t, y la muestra con el menor contenido de oro es el Yacimiento 1 con 1,3 g/t. Estos valores son los que se utilizan para rea lizar el balance de masa en las pruebas de lixiviación con cianuro.

En la figura 6 se observan las curvas cinéticas de las pruebas de cianuración de oro para cada muestra. Es interesante observar que ya sea un yacimiento rico o pobre, presenta un comportamiento cinético similar durante el proceso de cianuración. El hecho que sea posible una recuperación de oro superior al 75% es una prueba fehaciente de que es posible remplazar la amalgamación por la cianuración, pues con el mer curio se obtienen recuperaciones entre el 40 y el 60% únicamente.

Figura 6 Pruebas de cianuración para los tres yaci mientos. 

Considerando los bajos porcentajes de minerales cianicidas en los yacimientos reportados por el QEM- SCAN, como pirita, pirrotina, galena y esfalerita, se respalda la posibilidad de plantear procesos de lixiviación para la extracción de oro a partir de es tos yacimientos. Debido a la alta presencia de cuarzo en todas las muestras minerales, también es posible plantear un proceso antes de someter el mineral a cianuración, por ejemplo, una concentración gravimétrica en donde se pueden concentrar los minera les que acompañan al oro, como sulfuros y cuarzos. Basado en lo anterior también es posible proponer un proceso de flotación antes de una cianuración di recta, con el objetivo de concentrar minerales como moscovita y cuarzo.

4. CONCLUSIONES

A partir de todas los análisis realizados se demuestra que es factible recuperar oro a partir de los yacimiento encontrados en el nordeste de Antioquia, únicamente con una reducción de tamaño en un molino conven cional seguida de una lixiviación con cianuro; con estos dos pasos es posible recuperar hasta el 80% de oro para las tres muestras estudiadas, como se observa en las curvas cinéticas (figura 6), sin la utilización del mercurio.

Se demostró que los yacimientos se encuentran forma dos principalmente por cuarzo, moscovita y feldespa to potásico, además de otras fases menores como piri ta, biotita y clorita, entre otras (ver figuras 3, 4 y 5). En los yacimientos 1 y 3 el oro se presenta principalmente como nódulos nanoscópicos esparcidos en la pirita y la moscovita (ver tablas 2, 3 y 4). En el yacimiento 2 el oro se presenta principalmente como electrum en par tículas de varios micrones de tamaño (ver tabla 3). En las tres muestras se encuentra oro unido a la anatasa. Los yacimientos que actualmente están siendo trata dos con mercurio exhiben minerales de pirita y gale na; y además presencia de oro submicroscópico, con lo cual se demuestra que la amalgamación no es el méto do ideal para el tratamiento de los yacimientos de oro del nordeste antioqueño.

5. AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a la Facul tad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, a COLCIENCIAS por el financiamiento del proyecto con código 111866044660, al Departa mento de Ingeniería Metalúrgica de la Universidad de Concepción - Chile y al Laboratorio de ZEISS en Cam bridge - Inglaterra.