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Los yacimientos de niobio (Nb), metal crítico para la transición energética, tienen al manto terrestre como principal lugar de origen. Esta es una de las tantas conclusiones de un trabajo doctoral del Departamento de Geología de la Universidad de Chile, realizado junto a instituciones académicas de Chile, Reino Unido y Brasil.
La investigación, desarrollada durante los últimos cinco años, concentró su trabajo en las minas de niobio de la Provincia Ígnea de Alto Paranaíba (APIP), ubicada en Brasil, entre los estados de Goiás y Minas Gerais. Prácticamente toda la producción de niobio a nivel global proviene de esta región del planeta.
Los resultados de la investigación, publicados en revistas de alto impacto científico, podrían tener grandes repercusiones en el desarrollo de la minería y exploración del niobio y consecuentemente, en el avance hacia soluciones tecnológicas que reduzcan la dependencia de los combustibles fósiles. El niobio es el elemento 41° de la tabla periódica y es un metal ideal en la construcción de trenes de alta velocidad, equipos de resonancia magnética y aceleradores de partículas, entre otros.
"Entender cómo se transporta el niobio en escala geológica y cómo se deposita en la corteza de la Tierra es clave para saber, después, dónde buscarlo", resume el Dr. Felipe Velásquez, investigador recientemente graduado en la U. Chile y autor principal de este proyecto doctoral.
Principales hallazgos
En general, poco se sabe sobre los procesos geológicos que llevan a la formación de este tipo de yacimientos, lo que obliga a las empresas de exploración minera a buscarlos con información insuficiente y parcial.
Echando mano a la geoquímica, el Dr. Velásquez y su grupo de investigación (patrocinado por el Director del Departamento de Geología U. Chile, Dr. Martin Reich) se propuso analizar las fuentes de origen y los mecanismos que llevaron a este mineral a alojarse en depósitos de esta zona de Brasil.
En un periodo de dos años, el Dr. Velásquez publicó tres trabajos académicos en revistas de alto impacto científico (International Geology Review, 2022; Geochimica et Cosmochimica Acta, 2024 y Journal of Geochemical Exploration, 2024), cuyas conclusiones se presentan a continuación:
- La primera investigación (2022) abordó la evolución geoquímica de las rocas derivadas del manto y su impacto en la formación de carbonatitas ricas en pirocloro en la corteza superior, lo que sugiere una fuerte evidencia científica de un vínculo geoquímico entre rocas superficiales y profundas. Esta evolución permite concluir que los yacimientos de niobio de la APIP encuentran su origen en el "manto litosférico subcontinental", a más de 80 km de profundidad, donde un "magma primario sílico-carbonatado ultrapotásico asciende, se fracciona y desmezcla en diferentes niveles de la corteza terrestre", en un proceso que ocurrió hace, aproximadamente, 90 millones de años.
- Pero más allá de eso, este trabajo es importante porque detectó una serie de "anomalías magnéticas" al sur de la APIP, lo que podría ser un indicio de posibles depósitos de niobio no descubiertos hasta la fecha. Justamente, el trabajo doctoral señala textualmente que "el modelo metalogenético para el niobio podría tener aplicaciones clave en exploración mineral, toda vez que podría ser de interés económico para la exploración de niobio, fósforo y tierras raras".
- Estos posibles depósitos -llamados "blancos de exploración" en jerga técnica-, están ubicados justo al este del yacimiento de Araxá, la mina de niobio más grande del mundo, ubicada al sur de la APIP. "Para poner este hallazgo en perspectiva, es como si hubiésemos encontrado tres nuevos y posibles depósitos de cobre en profundidad, cerca de Escondida, en el norte de Chile", dice el Dr. Velásquez.
- El segundo trabajo (2024), en tanto, detectó que el mineral de niobio en la superficie de la Tierra tiene un origen magmático (rico en magma) y no hidrotermal (rico en agua), diferencia clave para los geólogos de exploración. Al ser más denso que el agua, el magma encuentra mayores dificultades para infiltrar las capas de roca, lo que termina confinando los cuerpos mineralizados a zonas geográficas más restringidas. Los fluidos hidrotermales, en cambio, infiltran las paredes de la corteza con mayor facilidad, lo que distribuye los metales de interés económico en enormes extensiones geográficas (Chuquicamata es un yacimiento hidrotermal, de ahí su apelativo de "la mina más grande del mundo"). "Esta información es importante para los geólogos dedicados a la exploración, porque el hallazgo de minerales magmáticos de niobio podría ayudar a reducir y acotar las zonas de búsqueda, lo que puede llevar a ahorros en las campañas de prospección", dice el Dr. Velásquez.
- Y finalmente, el tercer trabajo (2024), se propuso "caracterizar la alteración carbotermal", -del prefijo carbo, "rico en CO2"-, lo que permite concluir que el niobio sigue siendo ígneo, con una alteración en las rocas, que alojan los cuerpos mineralizados, rico en CO2 y potasio.
Un mineral escaso y valorado
A diferencia del cobre, disponible en varios depósitos minerales del mundo (Chile, Perú, Indonesia, Australia, República del Congo, Estados Unidos y Rusia, entre otros), los depósitos de niobio son escasos en la corteza de la Tierra: prácticamente toda su producción se concentra en una única región del planeta, la Provincia Ígnea de Alto Paranaíba (APIP), entre los estados de Goiás y Minas Gerais, en Brasil. El principal mineral de niobio es el pirocloro, que es justamente el que se encuentra en los yacimientos brasileños.
El niobio es un metal valorado por su alta resistencia a la temperatura y la corrosión, donde es usado habitualmente en aplicaciones de ingeniería aeroespacial y automotriz. También tiene grandes posibilidades como superconductor, por su capacidad de conducir una corriente eléctrica sin perder energía, lo que lo convierte en un ingrediente perfecto en la construcción de trenes de alta velocidad, equipos de resonancia magnética y aceleradores de partículas, entre otros.
Pronosticando una alta demanda de niobio en los próximos años (actualmente está catalogado como "elemento crítico"), varios grupos académicos alrededor del mundo, vinculados a las ciencias de la Tierra, se han propuesto reconstruir la historia geológica de este metal.
Influencia del manto en la corteza de la Tierra
Todos los procesos tectónicos de nuestra corteza, desde la formación de las montañas a los fondos oceánicos y yacimientos minerales, encuentran su explicación en los procesos profundos del manto.
Desde el punto de vista de la geología económica, existe consenso sobre la influencia del manto como la principal fuente de metales y no-metales disponibles en la corteza de la Tierra. En los últimos años, evidencias de lo anterior se han detectado en depósitos de oro en la Patagonia argentina, diversos elementos en Sudáfrica y diamantes en Rusia.
Sin embargo, la investigación del manto representa un enorme desafío técnico para los geólogos, dadas sus enormes profundidades (6 km bajo los fondos oceánicos y 33 km, como mínimo, bajo las masas continentales).
Gran parte del trabajo científico se desarrolla mediante técnicas indirectas, ya sea estudiando rocas mantélicas exhumadas (como aquellas presentes en la Patagonia, España, Marruecos, Francia, Japón y Hawaii) o bien por métodos geofísicos, detectando sus características en base a pulsos electromagnéticos enviados desde la superficie.
Entre las décadas de los '50 y '70, Estados Unidos y la Unión Soviética hicieron los primeros intentos serios por llegar al manto por métodos directos, es decir, perforando la corteza terrestre. Ambos esfuerzos fueron suspendidos por los enormes costos y desafíos técnicos de la tarea.
El Departamento de Geología U. Chile ha desarrollado amplia experiencia estudiando y analizando la influencia de esta zona del planeta en la formación de depósitos minerales, articulando el trabajo con equipos de otras universidades nacionales.
En este esfuerzo trabajan el Dr. Martin Reich (U. Chile), Dr. Fernando Barra (U. Chile), Dr. Santiago Tasara (U. de O'higgins), Dra. Irene del Real (U. Austral), junto a un grupo compuesto por estudiantes de pre y post-grado. Para profundizar en estos conocimientos, la Dra. María Isabel Varas-Reus, se integró al Departamento de Geología U. Chile en marzo de 2024.
Sobre el Dr. Felipe Velásquez
Felipe Velásquez es Ingeniero Geólogo de la Universidad Nacional de Colombia (2013), Magíster en Geología por la Universidad de Brasilia (2017) y se integró al Departamento de Geología U. Chile en el año 2019 como estudiante de doctorado.
En enero de este año, el Dr. Velásquez se graduó como Doctor en Ciencias, Mención Geología. Durante esta carrera académica, el investigador ganó experiencia laboral en la industria de exploración de oro y plata en Colombia, su país natal.
Este trabajo doctoral fue defendido en el mes de enero 2024 en el Salón Domeyko del Departamento de Geología U. Chile, frente a una comisión compuesta por el Dr. Martin Reich (Director del Departamento de Geología U. Chile), el Dr. Fernando Barra (U. Chile), Dr. Diego Morata (U. Chile) y Dr. Santiago Tassara (U. O'higgins).
Curiosidades del niobio
- A nivel mundial, los principales productores son Brasil (90%) y Canadá (7%).
- Tiene propiedades químicas muy similares al tantalio (Ta) y su nombre lo recibe de Niobe, hija del semidios Tántalo en la mitología griega.
- Es un elemento químico de aspecto plateado y muy resistente a la corrosión, gracias a una capa de óxido en su superficie.
- Es el elemento número 41 de la tabla periódica, lo que significa que tiene 41 protones orbitando su núcleo.
- En su viaje por las profundidades de la Tierra, se va relacionando con otros elementos químicos, formando enlaces (moléculas) que en última instancia forman aglomeraciones cristalinas (minerales).
- Se encuentra en altas concentraciones en minerales tales como el pirocloro y la columbita.
- El principal mineral de niobio es el pirocloro, que es justamente el que se encuentra en los yacimientos de Brasil, principal productor mundial.
Ficha de las publicaciones
1. The genetic link between kamafugite magmatism and alkaline-carbonatite complexes in the Late Cretaceous Alto Paranaíba Igneous Province, Central Brazil
- Revista: International Geology Review
- Fecha de publicación: 27 de septiembre de 2022
- Autores: Felipe Velásquez Ruiz (Departamento de Geología, U. Chile); Pedro Cordeiro (Departamento de Ingeniería en Minería, PUC, Chile); Martin Reich (Departamento de Geología, U. Chile); João Gabriel Motta (University of Exeter, Reino Unido); Carlos Cordeiro Ribeiro (Universidade Federal de Goiás, Brasil); Thomas Angerer (University of Bonn, Alemania) y Renato Borges Bernardesh (Universidade de Brasília).
2. Origin of carbonatite-related niobium deposits: Insights from pyrochlore geochemistry
- Revista: Geochimica et Cosmochimica Acta
- Fecha de publicación: febrero 2024
- Autores: Felipe Velásquez Ruiz (Departamento de Geología, U. Chile); Martin Reich (Departamento de Geología, U. Chile); Sam Broom-Fendley (University of Exeter, Reino Unido); Charles D. Beard (University of Cambridge, Reino Unido); Fernando Barra (Departamento de Geología, U. Chile); Rurik Romero (Departamento de Geología, U. Chile) y Pedro Cordeiro (Departamento de Ingeniería en Minería, PUC, Chile).
3. Microanalytical investigation of K-rich fenites from the Catalão II alkaline-carbonatite complex in Central Brazil: Implications for ore-forming processes within the world's largest niobium province
- Revista: Journal of Geochemical Exploration
- Fecha de publicación: marzo 2024
- Autores: Felipe Velásquez Ruiz (Departamento de Geología, U. Chile); Martin Reich (Departamento de Geología, U. Chile); Pedro Cordeiro (Departamento de Ingeniería en Minería, PUC, Chile); Leonardo Lagoeiro (Universidade Federal do Paraná, Brasil) y Thomas Angerer (University of Bonn, Alemania).