Modelo genético de minerales y elementos traza en carbones metalíferos de la zona centro de Colombia

Abstract

Colombia en América Latina ocupa un lugar destacado en la producción y exportación de carbón, principalmente a Europa, Asia y Estados Unidos. Actualmente existe incertidumbre de los países consumidores del carbón sobre su calidad en cuanto al contenido de metales contaminantes y las consecuencias ambientales que esto implica; adicionalmente, las tendencias actuales son el aprovechamiento de subproductos de la minería del carbón. El objetivo de esta investigación fue determinar si las condiciones de formación de los carbones de la Zona Centro que corresponde a Boyacá, Cundinamarca, Antioquia y Caldas, cuencas intramontana o intercordillerana localizadas entre las Cordilleras Oriental y Central de los Andes Colombianos, favorecieron el enriquecimiento de metales y tierras raras y si presentan altas concentraciones de metales contaminantes. Se buscó establecer si los carbones de esta zona son metalíferos, con concentraciones 10 veces por encima del promedio mundial o índice de Clarke. La determinación de los elementos seleccionados como La, Ce, Pr, Nd, Sm, Dy, Er, Y, Yb, Gd, Sc, Se, Ga, Tl, Li, Be, Hf, Nb, Ta, Ge, U, Cd, Mo, Hg, Pb, As y Co se realizó mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP – MS), la identificación de minerales se realizó mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido SEM-EDX, espectroscopía de Mössbauer para minerales de Fe y se realizó la caracterización petrográfica y fisicoquímica a los carbones. Los métodos estadísticos utilizados corresponden a medidas de asociación lineal, como el coeficiente de correlación de Pearson, regresión lineal múltiple y adicional. También se utilizó un método descriptivo de clasificación correspondiente al cluster jerárquico tanto para los datos de todas las cuencas analizadas, como en particular, para cada una de las cuencas. Los resultados determinaron que los elementos que se encuentran 10 veces por encima a los valores de Clarke son: Li y Hg en Boyacá; Mo y Hg en Cundinamarca; Ga, Li y Cd en Antioquia y Se, Ga, Li y Cd en Caldas. La mayoría de estos elementos tienen una correlación negativa con el carbono fijo seco libre de cenizas lo que indica la afinidad inorgánica, excepto el Hg que presenta afinidad orgánica. El enriquecimiento en los carbones se dio de forma diversa.

This study investigates the presence of metals and rare earths in coal from the central region of Colombia. Colombia occupies a prominent place within Latin America coal production. Most of its coal is exported to Europe, Asia and the United States. Currently, coal consuming countries are uncertain about the quality of Colombian coal because of its metallic content and because of the environmental consequences of burning this coal. In addition, coal mining by-products are increasingly being seen as potentially useful products in their own rights. Both of these trends motivate this attempt to determine whether the conditions under which the coals of central Colombia formed favored enrichment with metals and rare earths and whether or not these coals contain high concentrations of polluting metals. These coals are mined in the departments of Boyacá, Cundinamarca, Antioquia and Caldas from the mountains and basins of the Eastern and Central Cordilleras of the Colombian Andes. This study aims to establish whether the coals of this zone are metalliferous with concentrations 10 times higher than the world average using Clarke measurement units. Inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP - MS) determined the presence of selected elements including La, Ce, Pr, Nd, Sm, Dy, Er, Y, Yb, Gd, Sc, Se, Ga, Tl, Li, Be, Hf, Nb, Ta, Ge, U, Cd , Mo, Hg, Pb, As and Co. Minerals were identified by X - ray diffraction and scanning electron microscopy (SEM-EDX) although Mössbauer spectroscopy was used for Fe minerals and petrographic and physicochemical characterization was used for carbons. Statistical methods applied included measures of linear association such as Pearson's correlation coefficient and multiple and additional linear regressions. A descriptive classification method corresponding to the hierarchical cluster was used for consolidated data of all the basins analyzed as well as data for each individual basin. The results show that Clarke values ten times higher than Clarke indexes are found for Li and Hg in Boyacá, for Mo and Hg in Cundinamarca, for Ga, Li and Cd in Antioquia, and for Se, Ga, Li and Cd in Caldas. The majority of these elements have negative correlations with Fixed Carbon dry ash - free (FC - daf) which indicates inorganic affinity in all cases except for Hg which presents organic affinity. The enrichment of these coals occurred in diverse ways.