La microscopía Raman Confocal como apoyo a la actividad minera

INTRODUCCIÓN

En los últimos años la Microscopía Raman Confocal (MRC) ha ganado un especio significativo entre las técnicas analíticas empleadas como apoyo a las actividades mineras y geológicas, esto se debe a la rapidez con que brinda sus resultados, su confiabilidad y a la posibilidad de analizar muestras solidas, liquidas y gaseosas sin dañarlas. A lo anterior se suma su capacidad de identificar y cuantificar varios miles de minerales, así como de brindar un mapa de la distribución de los diferentes minerales en la roca.

Entre las aéreas de aplicación de la MRC se encuentra la minería del Níquel. Es conocido que las principales fuentes de extracción del Níquel son las menas sulfurosas y las lateríticas (McRae, 2023McRae, M. 2023, Nickel Statistics and Information, Available: <http:/www.usgs.gov >, [Consulted: January 9, 23]. ). En el caso de los sulfuros su identificación en los minerales de partida es muy segura, reportándose espectros Raman muy bien definidos para sus diferentes variantes, la Figura 1 muestra los espectros de la Pentlandita, la Heazlewoodita y la Gersdorfita (LaFuente et al., 2015LaFuente B., R. T. Downs, H. Yang & N. Stone 2015. The RRUFF project. Available: <http:/www.rruff.info>, [Consulted: January 12, 23]. ), tres de los sulfuros de Níquel de más frecuente aparición en Cuba. Respecto a las lateritas, que son las menas de mayor interés económico en nuestro país, la MRC permite el estudio de los principales Óxidos de Hierro y de las Serpentinas que resultan difíciles de diferenciar mediante otras técnicas (Petriglieri et al., 2015Petriglieri J R, E. Salvioli-Mariani, L. Mantovani & Tribaudino M. 2015. Micro-Raman mapping of the polymorphs of serpentine, J. Raman Spectrosc, 46: 953-958.).

Respecto a la explotación del Oro, la MRC posee una gama amplia de aplicaciones, entre las que se encuentra la identificación de varios minerales portadores de Oro, así como de sus indicativos y asociados (LaFuente et al., 2015LaFuente B., R. T. Downs, H. Yang & N. Stone 2015. The RRUFF project. Available: <http:/www.rruff.info>, [Consulted: January 12, 23]. y Maftei et al., 2020Maftei A E, A. Bazatu, G. Damian, N. Buzgar, H. G. Dill & Apopei, A. I. 2020. Micro-Raman-A Tool for the Heavy Mineral Analysis of Gold Placer-Type Deposits, Minerals, 10:988.). También se usa con éxito en el control de reactivos empleados en plantas de producción, un ejemplo de ello es la Cal, que interviene favoreciendo el proceso de lixiviación (Davidson and Sole, 2007Davidson R J & Sole M. J. 2007. The major role played by calcium in gold plant circuits. The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 107: 463-468.). La Cal sin embargo presenta un ciclo de degradación por acción tanto del agua como de CO₂, lo que hace necesario contar con una técnica rápida y segura para establecer en dicho reactivo los contenidos de CaO/Ca(OH)/CaCO₃. La Figura 2 presenta el ciclo de las transformaciones de la Cal, el cual puede ser seguido mediante la espectrometría Raman.

Otras aéreas en las que ha sido aplicada exitosamente la MRC son las producciones de Cromo, Plomo y Zinc. En el caso del Cromo se reporta su uso en la caracterización de Cromitas, dada su elevada capacidad de detectarlas y diferenciarlas por presentar corrimientos muy fuertes y bien definidos (Naveen et al., 2019Naveen P, S. Sarkar, T. N. Kumar, D. Ray, S. Bhattacharya, A. D. Shukla, H. Moitra, A. Dagar, P. Chauhan, K. Sen & Das S. 2019. Planetary & Space Science: 165, 1-9.). Respecto al estudio de los concentrados ricos en Plomo y Zinc, también la espectrometría Raman juega un papel importante en la actualidad, reportándose su capacidad de diferenciar diferentes variaciones en la Esfalerita (Birgaoanu et al., 2018Birgaoanu, D., Buzzatu, A. & Damian, G. 2018. The Fe content in the sphalerites from the breiner-băiuț deposit. Rom. J. Mineral Deposits, 91, (1-2): 37-42.), así como de identificar y valorar la oxidación en el caso de la Galena (LaFuente et al., 2015LaFuente B., R. T. Downs, H. Yang & N. Stone 2015. The RRUFF project. Available: <http:/www.rruff.info>, [Consulted: January 12, 23]. y Shapter et al., 2000Shapter J G, M. H. Brooker & Skinner, W. M. 2000. Observation of the oxidation of galena using Raman spectroscopy. International Journal of Mineral Processing, 60, (3-4): 199-211.).

De igual forma, la espectrometría Raman se utiliza con mucha frecuencia, dada su capacidad de analizar inclusiones sin destruir las muestras, en el estudio de gemas y otros minerales de alto valor ornamental (Lowry et al., 2009Lowry S, D. Wieboldt, D. Dalrymple, Jasinevicius, R. & Downs R. T. 2009. The Use of a Raman Spectral Database of Minerals for the Rapid Verification of Semiprecious Gemstones. Spectroscopy 24(4) 1-7.), así como en el estudio de minerales nocivos para el medio ambiente, como es el caso de los asbestos (Lahondere et al., 2019Lohondere D, Cagnard, F. Wille, G. & Duron, J. 2019. Naturally occurring asbestos in an alpine ophiolitic complex (northern Corsica, France). Environmental Earth Sciences 78(17).).

MATERIALES Y MÉTODOS

Las muestras se analizaron por lo general de forma directa, aunque en algunos casos fueron incluidas en resinas y luego pulidas, tanto para facilitar su análisis como evitando contaminaciones y alteraciones superficiales. En algunos casos, por tratarse de partículas, estas fueron previamente fijadas en cinta adhesiva de doble capa, con el objetivo de evitar su pérdida así como para favorecer su ulterior localización en el equipo.

Para la realización de los análisis se empleó un Micro Espectrómetro Raman Confocal de la firma francesa Horiba. Las imágenes y espectros se obtuvieron mediante el empleo de un microscopio marca OLYMPUS, modelo BX-43 y un espectrómetro modelo XploRa PLUS, se trabajó bajo las condiciones siguientes:

Las imágenes y espectros de Microscopía Raman Confocal se procesaron mediante el software LabSpec 6. Para las identificaciones de fases se utilizó la información acumulada durante años con el uso de esta técnica sobre la base de materiales conocidos, información suministrada por la IMA y los espectros de referencia del Proyecto RRUFF, de acceso libre en INTERNET.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se ha realizado el estudio de las lateritas del país con vistas a definir la asociación del Níquel con los diferentes minerales que las componen, lo que ha obligado a realizar un estudio mineralógico preliminar de las muestras. El Microscopio Raman ha permitido en estos casos diferenciar los tipos de Óxidos de Hierro y de Serpentinas para luego, mediante Microscopia Electrónica, determinar la asociación del Níquel a cada uno de ellos. La Figura 3 ilustra la identificación de un Oxido de Hierro como Hematita, así como de una Serpentina como Lizardita, en una de las muestras estudiadas.

Respecto a la minería del Oro, la MRC se ha utilizado por nuestra parte tanto en la identificación de minerales portadores de dicho metal, como en estudios de la Cal empleada en su producción. La Figura 4 muestra la identificación del mineral Krennerita, que es un telururo portador de Oro y que está asociado en este caso al Cuarzo. Respecto a la Cal, el equipo no solo ha permitido la identificación de las fases que la forman, sino que es una herramienta excelente a la hora de diferenciar los diferentes carbonatos. La Figura 5 ilustra la diferenciación de tres carbonatos que se han estudiado, la Calcita, la Dolomita y la Siderita, mediante esta espectrometría.

También los minerales de Cromo han sido estudiados con fines prospectivos, la Figura 6 muestra el estudio de una Cromita en asociación con Antigorita en una muestra mineral proveniente de la provincia de Villa Clara.

Otros tipos de minerales estudiados han sido los portadores de Tierras Raras. Se ha tratado en muchos casos de partículas escasas y dispersas por lo que la capacidad del equipo de analizar muestras microscópicas ha sido decisiva para la obtención de resultados. La Figura 7 ilustra la identificación de una Monacita mediante el empleo del Microscopio Raman Confocal.

Numerosos minerales cubanos asociados a diferentes producciones e investigaciones han sido objeto de análisis mediante la Microscopía Raman Confocal en nuestro Centro. En la Figura 8 se presentan, a modo de ejemplo la identificación de otros minerales que se han estudiado, tal es el caso de la Clinoptilolita que es una Zeolita, del Crisotilo que es un asbesto, de la Cubanita que es un mineral portador de Cobre, de una Turmalina como la Dravita, de una Jadeita piedra que puede llegar a muy altos precios, de la Brookita portadora de Titanio y de una Caolinita que es una arcilla con múltiples usos en la Industria.

Respecto a la cuantificación de minerales, la Figura 9 ilustra un trabajo de este tipo realizado a partir de rocas de una zona oriental del país, donde fueron cuantificados los contenidos de Omfacita, Chamosita, Titanita y Albita.

En términos generales, se ha utilizado la espectrometría Raman tanto en el estudio de minerales de partida como de contaminantes, productos intermedios y finales, sustancias empleadas en producciones mineras y finalmente en desechos como colas y escombreras, lo que da una idea de la utilidad de esta técnica en una amplia gama de actividades asociadas a la minería y la geología.

CONCLUSIONES

El Microscopio Raman Confocal, por la rapidez con la que brinda los resultados, su carácter no destructivo y la capacidad de identificar y cuantificar varios miles de minerales, resulta una herramienta de suma utilidad en el estudio de minerales asociados a las producciones de Níquel, Oro y Cromo.

El empleo de esta técnica no se limita a las producciones antes citadas, ya que también se ha utilizado en el análisis de Zeolitas, Carbonatos, Sulfuros, Arcillas, Asbestos y otros materiales de interés minero y geológico.