Impacto de la Alteración hidrotermal en la Gestión, Planificación

y Resultados de P&V

1Carlos Muñoz

Servicios Basados en Voladura, Gerencia de Innovación y Tecnología - Orica Chile S.A.-ORICA MS

carlos.munoz@orica.com

Nelson Guerra

Departamento de Ciencias Geológicas, Universidad Católica del Norte-Chile

nguerra@ucn.cl

RESUMEN Con el propósito de evaluar: 1) El efecto de la alteración hidrotermal en los resultados de voladura y 2) Su implicancia en los procesos aguas abajo; se ha realizado una caracterización mineralógica de muestras de andesita por medio de técnicas de DRX en sectores con distinto comportamiento frente al desarrollo de P&V. Los resultados evidencian que no solamente un cambio mayor en la alteración modifica los parámetros geomecánicos en unidades geológicas asociadas a una explotación minera, sino que también, la adición de fases mineralógicas en pequeñas proporciones y no reconocidas por mapeos geológicos convencionales afectan a la gestión, planificación y resultados de P&V, impactando negativamente en los procesos mina-planta y al costo global mina. PALABRAS CLAVE: Alteración Hidrotermal, Voladuras, Difracción de Rayos X. 1 INTRODUCCIÓN La alteración hidrotermal modifica las propiedades geomecánicas que presenta originalmente una unidad geológica cualquiera. Parámetros como la densidad, resistencia y módulos de elasticidad son algunos de los que más se ven afectados (Thuro et al 2000, Muñoz & Guerra 2006). El tipo de paragénesis mineral y grado de alteración controlan la magnitud de los cambios en las propiedades que presenta la matriz rocosa y, por último, del macizo rocoso en sí. Por ejemplo: Una andesita argilizada presenta menor resistencia que la misma con alteración potásica, llegando inclusive a ser ripable; mientras que una intensa silicificación aumenta la resistencia y disminuye además los valores de porosidad y permeabilidad. Estas variaciones influyen directamente en la gestión, planificación y resultados de P&V afectando directamente el desarrollo de los procesos productivos aguas abajo y la estabilidad de las fases de explotación. Con el propósito de evaluar: 1) El efecto de la alteración hidrotermal en los resultados de voladura y 2) Su implicancia en los procesos aguas abajo; se ha realizado una caracterización mineralógica de muestras de andesita por medio de técnicas de Difracción de Rayos X (DRX) en sectores con distinto comportamiento frente al desarrollo de P&V. Cambios en los rasgos texturales y en las asociaciones mineralógicas de alteración fueron los criterios

1 Corresponding autor. Tel.:+56 9 89747804; fax: +56 2 444 33 67.

E-mail address: carlos.munoz@orica.com (Carlos Muñoz L).

considerados a la hora de realizar el muestreo y posteriores análisis. Como sitio de análisis se ha seleccionado la unidad geológica-geotécnica Andesita Parda Rojiza perteneciente a Mina Los Colorados (Región de Atacama-Chile), principal yacimiento de Fe en producción actualmente en Chile. Esta unidad fue seleccionada debido a su aparente homogeneidad, a escala de voladura, respecto a las fases de alteración hidrotermal presentes pero con resultados completamente dispares en fragmentación y daño inducido al macizo. Se extienden las observaciones a otras unidades del yacimiento, con afinidades andesíticas, en las que se aprecian distintas zonas de alteración. Esto con la finalidad de exponer métodos de campo para la caracterización en superficie de la alteración como apoyo a la gestión y planificación en P&V. Se presentan los estándares de voladura utilizados antes del presente estudio y aquellos empleados actualmente como producto de las conclusiones obtenidas de esta investigación.

2 UNIDADES ANDESITICAS ASOCIADAS AL SITIO DE ESTUDIO Las unidades de andesitas en Mina Los Colorados se distribuyen en la parte occidental y central del yacimiento y se asocian a los principales cuerpos de fierro, conformando las unidades Andesita Pardo Rojiza, Metandesita, Mentandesita Caja y Brecha Hidrotermal. La unidad geológico-geotécnica Andesita Parda Rojiza comprende el sector más occidental del yacimiento aflorando entre los niveles 510 y 300, y desarrollando un contacto por falla con la mineralización local de Fe. Andesitas porfídicas asociadas espacialmente con el grupo Bandurrias componen a esta unidad, la cual se caracteriza por una variación en la cantidad de fenocristales que presentan las andesitas y por encontrarse localmente brechizada. Plagioclasas cálcicas y ± hornblendas alteradas hidrotermalmente se reconocen como fases relictas en fenocristales. Alteración potásica, cuarzo-feldespática, silicificación, cloritización, epidotización, y ± caolinitización son reconocidas a través de la unidad. Mapeos de detalle evidencian una directa relación entre la alteración cuarzo-feldespática, silicificación y el marco estructural local; Por el contrario, no se tiene claro los factores que controlan la distribución del resto de fases hidrotermales. Por otro lado, las propiedades geomecánicas varían tanto en la horizontal como en la vertical, los datos de GSI (40-75), FF (0,6-5 fract/m), índice R (R4-R6) y resistencia al impacto del martillo Schmidt (47-74) confirman esto (Muñoz & Alvarez 2006, Muñoz & Guerra 2006). La Metandesita corresponde a una roca de color gris verde, con textura variable entre afanítica y porfídica; presenta cristales de plagioclasas parcialmente arcillolitizados, cloritizados y epidotizados, y generalmente muestra una silicificación fuerte. Se observa mineralización de pirita en vetillas, originando en sectores zonas tipo stockwork, y además como diseminación fina; ocasionalmente se encuentra calcopirita asociada con la pirita. La Metandesita Caja está asociada a la mineralización ferrífera de alta ley, está formada principalmente por actinolita y magnetita. Es posible diferenciar dos etapas de mineralización, una asociada a la mineralización principal de fierro, y otra posterior, caracterizada por vetas de actinolita con magnetita que presentan estructuras de flujo, y grandes cristales de actinolita, se observa puntualmente pirita y calcopirita. Existe un conjunto de brechas hidrotermales de afinidad andesítica que se dispone en la parte central del yacimiento constituidas por clastos angulares de metandesitas, metandesitas caja y roca silicificada, incluidos en una matriz formada por magnetita, actinolita y sílice. En general, esta unidad presenta una fuerte silicificación y argilización, y está cruzada por abundantes fracturas y fallas acentuando la textura brechosa. Aflora en el sector central del yacimiento presentándose como cuerpos tabulares subverticales de rumbo NNE.

Fig.1 Distribución de unidades geológico-geotécnicas en Mina Los Colorados (Muñoz & Guerra 2006). 1= Andesita Parda Rojiza, 2= Metandesita, 3= Brecha Hidrotermal, 4= Mineralización de Fe, 5= Zona de alteración argílica, 6= Zona de intensa silicificación.

3 MATERIALES Y MÉTODOS Un muestreo selectivo fue realizado en pilas de material volado, taludes en avance y remate de bancos, pozos de voladura y testigos de sondajes diamantinos. Las muestras de campo fueron recolectadas en las inmediaciones de la malla de voladura IO-068 (Unidad Andesita Pardo Rojiza), mientras que las provenientes de testigos a partir de los sondajes DDHG2 y DDHG3 (Unidad Andesita Pardo Rojiza); de ciento cincuenta muestras, quince representativas se seleccionaron para análisis. La caracterización mineralógica, por muestra y en porcentaje en peso, fue realizada por medio de técnicas de DRX en el Laboratorio de Geoquímica Aplicada de la Universidad Católica del Norte; utilizando, para tal efecto un difractómetro marca Siemens modelo D-5000 y el programa Topas (Total Pattern Analysis Software) para la evaluación cuantitativa de las especies minerales. Los datos obtenidos fueron analizados en busca de asociaciones mineralógicas representativas y finalmente relacionados con la información geológica disponible, además de los datos de perforación, voladura y carguío-transporte para los bancos 405, 390, 375 y 360. Para el caso de las unidades de Metandesita y Brecha Hidrotermal se realizó un mapeo de superficie que incluyo la caracterización del cutting de pozos de voladura y frentes libres, según el tipo de alteración hidrotermal presente. Esto fue comparado con parámetros de perforación y los resultados de fragmentación obtenida.

4 RESULTADOS Los resultados obtenidos (Tabla1) muestran cómo la alteración cuarzo-feldespática y/o silicificación controlan la volabilidad para la unidad Andesita Parda Rojiza. Andesitas con alteración potásica + cloritización no afectan mayormente el resultado de los procesos operacionales, mientras que la

adicción de sílice en forma de cuarzo modifica el comportamiento de andesitas desde rangos MEDIO - DURO a DURO (Dureza relativa según parámetros de perforación), Por otro lado, la alteración cuarzo feldespática + silicificación explican la presencia de zonas con un rango de comportamiento MUY DURO. Andesitas asociadas a estas últimas durezas relativas se caracterizan por dar como resultados voladuras con fragmentación gruesa y sobretamaños generalizados.

Tabla 1. Tipo de materiales según dureza relativa y composición mineralógica de la alteración presente.

Fig.2 Distribución de la dureza relativa en andesitas según parámetros de perforación para la Unidad Andesita Parda Rojiza. De izquierda a derecha se presentan bancos 420, 405 y 390.

Fig.3 Relación entre dureza relativa en andesitas y RCU estimado a partir de Martillo Schmidt (Muñoz & Alvarez 2006).

Fig.4 Estándares de P&V para la Unidad Andesita Parda Rojiza. (a) Estándar Inicial antes de este estudio = malla 8 x 11/FC = 160 (gr/TON). Estándares modificados: (b) MEDIO-DURO= malla 7.5 x 11.5/ FC = 183 (gr/TON); (c) DURO = malla 7 x 11/FC = 218 (gr/TON); (d) MUY DURO = malla 7 x 10.5/ FC= 242 (gr/TON). S = Pozos secos, D=Pozos desaguados, A = Pozos con agua (Muñoz & Alvarez 2006). FC= Factor de Carga equivalente a ANFO (Muñoz & Alvarez 2006).

Fig.5 Resultados de fragmentación y sobretamaños para voladuras en Andesita Parda Rojiza con alteración cuarzo-feldespática y/o silicificación (DURO-MUY DURO) según estándar de P&V inicial. Malla 8 x 11/FC = 160 (gr/TON).

Estos cambios paragenéticos y de asociación mineralógica afectaron negativamente al desarrollo de las operaciones mina en estéril durante el período enero-septiembre 2005, aumentando en un 24% y 50 % los costos de perforación y voladura respectivamente, y disminuyendo en un 7 % el rendimiento efectivo de los equipos de carguío y transporte. Fig.6 Factor de Carga Estéril histórico período enero-septiembre 2005. Nótese el impacto de la presencia de la alteración cuarzo-feldespática y/o silicificación.

Factor de Carga Esteril 09/02-09/05

120,0

140,0

160,0

180,0

200,0

220,0

240,0

260,0

Sep

-02

Nov

-02

Ene

-03

Mar

-03

May

-03

Jul-0

3

Sep

-03

Nov

-03

Ene

-04

Mar

-04

May

-04

Jul-0

4

Sep

-04

Nov

-04

Ene

-05

Mar

-05

May

-05

Jul-0

5

Sep

-05

Período

Facto

r d

e C

arg

a [

g/T

M]

Real Estándar

Fig.7 Rendimiento efectivo PALA versus Factor de Carga para distintas voladuras en bancos 420, 405, 390 período enero-septiembre 2005. Nótese la variabilidad de los puntos proyectados. Aunque no existe una tendencia representativa de la información, puede observarse que no necesariamente un FC elevado maximiza el rendimiento de PALA. Esto debido a la presencia variable de la alteración hidrotermal.

Para el caso de las unidades de Metandesita y Brecha Hidrotermal se tiene que materiales DURO-MUY DURO son caracterizados por la presencia de silicificación + actinolitización, mientras que materiales INTERMEDIO por la presencia de alteración propilítica, y por último, materiales BLANDO por la presencia de alteración argílica. La siguiente tabla resume lo anterior:

Tipo de Material Asociación Mineralógica Alteración asociada Vel.Penetración

(m/hr)

DURO- MUY DURO Act+Qz+Py+Mt Actinolitización +

Silicificación 10-35

INTERMEDIO-DURO Act+Chl+Ep+Py Propilítica 35-50

INTERMEDIO-BLANDO Kaol+Ser+Qz+Fk+Py Argílica 50

Tabla 2. Tipo de Material según dureza relativa, asociación mineralógica y alteración hidrotermal. Act = Actinolita, Qz = Cuarzo, Py = Pirita, Mt = Magnetita, Chl = Clorita, Ep = Epidota, Kaol = Caolinita, Ser = Sericita, Fk = Feldespático.

Fig.8 Resultados de fragmentación para malla de voladura con dos zonas de alteración hidrotermal presentes. Nótese como el estándar inicial de P&V para Metandesita (malla 7.5 x 11/FC = 160 gr/TON) da resultados óptimos de fragmentación para Metandesita con alteración propilítica, mientras que la presencia de alteración argílica exhibe finos en exceso.

Fig.9 Resultados de fragmentación para malla de voladura con alteración argílica. Nótese como el estándar de inicial de P&V para Brecha Hidrotermal (malla 7.5 x 11/FC = 160 gr/TON) da como resultados exceso de finos.

De los resultados de voladuras y observaciones efectuadas en terreno a través de un mapeo detallado del cutting y frentes libres, en busca de las asociaciones mineralógicas y fases de alteración descritas en

la Tabla 2, se redefinieron los estándares de P&V para las unidades de Metandesita y Brecha hidrotermal según lo siguiente:

Litología Dureza Relativa B x E FC (gr/TON)

Metandesita

INTERMEDIO-DURO 7.5 x 10.5 208

INTERMEDIO-BLANDO 7.5 x 11 160

Brecha Hidrotermal

DURO-MUY DURO 7.0 x 10 241

INTERMEDIO-DURO 7.5 x10.5 208

INTERMEDIO-BLANDO 7.5 x 11 160

Tabla 3. Estándares de diseño según litología y dureza relativa asociada. FC equivalente a ANFO. La Tablas 2 y 3 muestran los input de información requerida para el diseño de P&V en las unidades Metandesita y Brecha Hidrotermal. Al no contar Mina Los Colorados con un modelo de alteración representativo a escala de voladura (Muy común en faenas mineras), el modelo de alteración global del yacimiento debe ser complementado con información detallada de campo según mapeos de cutting y frentes libre. A continuación se muestra un ejemplo del protocolo de entrega de información definido para tal efecto:

Fig.10 Información estructural + dureza relativa según parámetros de perforación para polígonos de voladura en sector de Brecha Hidrotermal.

Fig.11 Dureza relativa y asociaciones mineralógicas de alteración a escala de malla de voladura en Brecha Hidrotermal. La información mineralógica fue obtenida mediante mapeo detallado del cutting de los pozos de perforación en busca de las asociaciones mineralógicas índices presentadas en la Tabla 2.

5 CONCLUSIONES • Nuestro estudio comprueba la presencia de distintos estadios de alteración hidrotermal en la unidad

Andesita Parda Rojiza. La alteración potásica + cloritización podrían asociarse al evento regional reconocido por Marschik (1996), mientras que la alteración cuarzo-feldespática + silicificación muestran un directo control estructural, similar a lo descrito por Henríquez et al (2000) en los yacimientos de Fe estratiformes de Sierra la Bandera. Interesante observación si se considera que Los Colorados presenta características típicas de un Yacimiento Tipo Kiruna.

• No solamente un cambio paragenético mayor (Ej: alt. propilítica alt. argílica) modifica los parámetros geomecánicos de campo y laboratorio en distintas litologías, sino que también, la adición de fases mineralógicas (silicificación) en paragénesis meta-estables y/o la superposición de eventos hidrotermales (alteración cuarzo-feldespática) afectan los resultados de P&V en unidades de afinidad andesítica. Estos efectos se ven directamente representados en el desarrollo de las operaciones mina y resultados del proceso aguas abajo, impactando negativamente en el costo global mina.

• La caracterización mineralógica de zonas de alteración hidrotermal, a escala de mallas de voladura,

permite tener un mayor control en la gestión y planificación de P&V, permitiendo predecir y asegurar los resultados de fragmentación y % de finos requeridos por los procesos mina-planta.

• Todo lo anterior también cobra suma importancia a la hora de acotar los modelos locales de

alteración hidrotermal.

REFERENCIAS Bohloli, B. & Hoven, E. 2007 A laboratory and full-scale study on the fragmentation behavior of rocks. Engineerig Geology. 89: 1-8. Chakraborty, A.K., Raina, A.K., Ramulu, M., Choudhury, P.B., Haldar A., Sahu, P. & Bandopadhyay, C. 2004 Parametric study to develop guidelines for blast fragmentation improvement in jointed and massive formations. Engineering Geology 73: 105-106. Hamdie, E. & Mouza, J. 2005 A methodology for rock mass characterisation and classification to improve blast result. International Journal of Rock Mechanics and Mining and Sciences 42: 177-194. Henríquez. F., Dobbs, F.M., Naslund, H.R., Nyström, J.O. & Travisany, V. 2000. Yacimientos de Fe estratiformes de Sierra la Bandera, Distrito Huantemé-Los Colorados, III Región. In 9

Congreso Geológico Chileno. 2: 123-126. Marschik, R. 1996. Cretaceous Cu (-Fe) mineralization in the Punta del Cobre belt, northern Chile. Thèse (Unpublished), Université de Genève, Département de Minéralogie, 200 p. Muñoz, C. & Alvarez, J. 2006 Optimización de tronaduras en unidades andesíticas mediante la utilización de martillo Schmidt. In 11 Congreso Geológico Chileno. 2: 93-96. Muñoz, C. & Guerra, N. 2006. Efecto de la alteración hidrotermal en la volabilidad de unidades andesíticas. Implicancias en las operaciones unitarias Mina. In 11 Congreso Geológico Chileno. 2: 97-100. Muñoz, C & Guerra, N. 2007 Efecto de la alteración hidrotermal en la volabilidad de unidades andesíticas. Implicancia en las operaciones unitarias mina. Revista de Minería Global 6(2): 17-19. Muñoz, C., Carrasco, V. & Calvo, M. 2007 Factores Geológicos, Geotécnicos y Geomecánicos que controlan el proceso de voladura en Lomas Bayas. In: VII Jornadas de Tronadura ASIEX. Puerto Varas-Chile. Thuro, K., Hecht, L.J.R., Scholz, M. & Bierer,S.2000 Geotechnische Aspekte von verwitterten und alterierten Graniten beim Tunnelprojekt Königshainer Berge. In: Eurock 2000

Symposium. 177-182. Scott, A., Onederra, I. & Chitombo, G. 2006 The suitability of conventional geological and geotechnical data for blast design. In: 8 Fragblast 4: 134-139. Sanchidrían., J.A., Segarra, P., López, L. 2007. Energy components in rock blasting. International

Journal of Rocks Mechanics and Mining Science. 44:130-147.