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Tesis:

Estudio geoquímico de la mineralización de vanadio, zinc y uranio en el sector Puyango (provincia de Loja, Ecuador)

  • Autor: MANRIQUE CARREÑO, John

  • Título: Estudio geoquímico de la mineralización de vanadio, zinc y uranio en el sector Puyango (provincia de Loja, Ecuador)

  • Fecha: 2023

  • Materia:

  • Escuela: E.T.S.I. DE MINAS Y ENERGÍA

  • Departamentos: INGENIERIA GEOLOGICA Y MINERA

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/77360/

  • Director/a 1º: ORTIZ MENÉNDEZ, José Eugenio

  • Resumen: Esta Tesis Doctoral se centra en el estudio de varias series estratigráficas para caracterizar la mineralización sedimentaria de la región de Puyango. Para ello se estudiaron muestras de materiales empleando varias técnicas analíticas, que incluyen análisis mineralógicos, análisis químicos, análisis petrográficos y morfológicos, a tráves de Difracción de Rayos X (DRX), micro Fluorescencia de Rayos X (FRX), Espectrometría de Masas por Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS). También se llevó a cabo una analítica de isótopos estables de C, O y S, así como de biomarcadores a tráves de Cromatografía de Gases acoplado a Espectrometría de Masas (CG-MS) y, por último, en determinadas muestras, se efectuaron análisis químicos y morfológicos mediante Micro Análisis de Sonda de Electrones (EPMA). Los elementos de interés en la presente investigación fueron: V, Zn, Ni y U, el primero de ellos considerado elemento crítico, por sus alta demanda y baja oferta, los otros debido a su importancia económica, ya que son usados en diversas aplicaciones industriales incluyendo las energías renovables y generación de energía nuclear. Las muestras analizadas arrojaron valores altos de concentración de estos elementos químicos siendo, el contenido medio de V de 2051 mg/kg, con un máximo de 7220 mg/kg, la media de concentración de Zn fue de 939 mg/kg, con un máximo de 5610 mg/kg, de Ni la media fue de 255 mg/kg, con una concentración máxima de 1160 mg/kg y para el caso del U la media fue de 37,9 mg/kg y el valor máximo de 238,0 mg/kg. La litología principal de los materiales que albergan las mineralizaciones son lutitas negras calcáreas, calizas negras, lutitas grises, calizas grises y margas del Cretácico inferior depositadas en un lagoon costero de poca profundidad: un cuerpo con aguas estancadas en las que predominaba un aporte de materia orgánica de tipo terrestre, plantas macrofítas flotantes/sumergidas, junto con foraminiferos plantónicos, y en menor proporción algas y moluscos. Las condiciones paleo redox de sedimentación determinadas fueron anóxicas a euxínicas, produciéndose reducción bacteriana de sulfatos (presencia de pirita framboidal). Solamente un número escaso de muestras señalan condiciones subóxicas a óxicas, quizás debido a regresiones marinas o circulación de aguas con mayor contenido de oxígeno, hacia el techo de las secuencias sedimentarias analizadas en el presente estudio. Estas condiciones paleoredox propiciaron la reducción de varios elementos de interés, por ejemplo el V, el cual presumiblemente se redujo de V5+ en la superficie de la columna de agua, a V4+ en la interfase subóxico anóxico, formando quizás complejos organometálicos como las vanadil porfirinas, hasta finalmente reducirse a V3+ bajo condiciones euxínicas, e incorporándose en las estrcuturas cristalinas de la illita/roscoelita, en los intersticios octaédricos en reemplazo del Al3+ y el Mg2+, como lo indican varios autores. Las menas principales de Zn y Ni en las muestras analizadas, fueron esfalerita y millerita respectivamente, ambos formados bajo condiciones anóxicas a euxínicas en el fondo del agua. En tanto que fue detectado fluorapatito con U, el cual puede entrar en la estructura cristalina del apatito, bajo condiciones subóxicas a anóxicas, formandose el catión U4+, esto suele ocurrir en procesos de fosfatización sedimentaria en ambientes marinos someros, como plataformas.L ABSTRACT This PhD Thesis focuses on the study of several stratigraphic series to characterize the sedimentary mineralization of the Puyango region. For this purpose, samples of materials were studied using various analytical techniques, including mineralogical, chemical analysis, petrographic and morphological analysis, through X-Ray Diffraction (XRD), micro X-Ray Fluorescence (XRF), Plasma Inductively Coupled Mass Spectrometer (ICP-MS). An analysis of stable isotopes of C, O and S was also carried out, as well as biomarkers through Gas Chromatography coupled to Mass Spectrometry (CG-MS) and, finally, in certain samples, chemical and morphological analyzes were performed by Electron Probe Micro Analysis (EPMA). The elements of interest in the present investigation were: V, Zn, Ni and U, the first of them considered a critical element, due to its high demand and low supply, the others due to their economic importance, since they are used in various industrial applications, including renewable energy and nuclear power generation. The samples analyzed showed high concentration values of these chemical elements, the mean content of V being 2051 mg/kg, with a maximum of 7220 mg/kg, the mean concentration of Zn was 939 mg/kg, with a maximum of of 5610 mg/kg, of Ni the mean was 255 mg/kg, with a maximum concentration of 1160 mg/kg and in the case of U the mean was 37.9 mg/kg and the maximum value of 238.0 mg/kg. The lithology of the analized stratigraphic series mainly consists of calcareous black shales, black limestones, gray shales, gray limestones, and marls of Cretaceous age. The depositational enviroment was a coastal lagoon with shallow waters, a body with stagnant waters in which a contribution of terrestrial-type organic matter predominated, floating/submerged macrophyte plants, together with planktonic foraminifera, and to a lesser extent algae and molluscs. The paleoredox sedimentation conditions determined were anoxic to euxinic, producing bacterial reduction of sulfates (presence of framboid pyrite). Only a small number of samples indicate suboxic to oxic conditions, perhaps due to marine regressions or circulation of waters with higher oxygen content, towards the top of the sedimentary sequences analyzed in this study. These paleoredox conditions favored the reduction of several elements of interest, for example V, which presumably reduces from V5+ at the surface of the water column, to V4+ at the suboxic-anoxic interface, forming strange organometallic complexes such as vanadyl porphyrins, until finally being reduced to V3+ under euxinic conditions, and being incorporated into the illite/roscoelite crystalline structures, in the octahedral interstices, replacing Al3+ and Mg2+, as indicated by several authors. The main Zn and Ni ores in the analyzed samples were sphalerite and millerite respectively, both formed under anoxic to euxinic conditions in the bottom of the water. While fluorapatite with U was detected, which can enter the crystalline structure of apatite under suboxic to anoxic conditions, forming the U4+ cation, this usually occurs in sedimentary phosphatization processes in shallow marine environments, such as platforms.