Materias primas críticas, modelos de depósitos y sistemas minerales

Definiciones

Aunque es común hablar de “minerales críticos” y de “metales críticos”, en realidad estos incluyen no solo minerales metálicos, sino también rocas y minerales industriales. También se han incluido gases como el He y materiales de origen biológico, como el caucho natural, por lo que resulta mucho más apropiado y exacto hablar de materias primas críticas, aunque en verdad, la aplastante mayoría de ellas constituyen minerales procedentes del subsuelo. Por lo anterior, el término “mineral crítico” es de uso frecuente en la literatura sobre el tema. Mineral crítico es, asimismo, el término empleado por el USGS (United States Geological Survey) y, según el U.S. Interior Department (2018)U.S. Interior Department. (2018): Draft List of Critical Minerals. A Notice by the Interior Department on 02/16/2018. Federal register https://www.federalregister.gov/documents/2018/02/16/2018-03219/draft-list-of-critical-minerals , se define como sigue:

La UE (Unión Europea), por su parte, considera “materiales críticos” aquellas materias primas que presentan un riesgo elevado de escasez de suministro y una gran importancia económica, el acceso fiable y sin trabas a las cuales constituye una preocupación para la industria europea y las cadenas de valor (Comisión Europea, 2017Comisión Europea (2017): Comunicación de la comisión al Parlamento Europeo, al Consejo, al Comité Económico y Social Europeo y al Comité de las Regiones relativa a la lista de 2017 de materias primas fundamentales para la UE. COM 490 final, versión en español. Bruselas.).

Por su parte, India las define como (Ministry of Mines of India, 2023Ministry of Mines of India (2023): Critical minerals for India. Report of the Committee on Identification of Critical Minerals, 41 pp. http://www.mines.gov.in.):

Para completar estas definiciones, es necesario añadir que se trata de materias primas situadas al inicio de las cadenas de valor, para las cuales no hay sustitutos viables con las tecnologías actuales.

Como se desprende de todo lo anterior, el término “mineral crítico” o “materia prima crítica” se usa para designar a aquellas materias primas que combinan alta importancia económica con elevado riesgo de suministro. El riesgo de suministro se deriva de su escasez geológica, pero también intervienen en su magnitud otras fuentes de riesgo de origen puramente humano como monopolización, inestabilidad política y/o económica en los países suministradores, dificultades para la sustitución con materias primas alternativas y el bajo nivel de reciclaje. Todo ello se traduce en el grado de disponibilidad en los mercados de la materia prima dada en cantidad y calidad suficiente para satisfacer la demanda. Como puede apreciarse, muchos de los riesgos mencionados caen en el ámbito de la Geografía Económica y de la Geopolítica.

Vale la pena señalar que el factor escasez geológica puede ser descompuesto en:

Debido a lo anterior, la mayoría de los minerales críticos no constituyen productos principales, sino que se recuperan como subproductos o “metales acompañantes” de productos principales como Cu, Zn, Pb, Ni, Mo, Fe, Au, Ag y P (Hofstra y Kreiner, 2020Hofstra, A. H. and Kreiner, D. C. (2020): Systems-Deposits-Commodities-Critical Minerals Table for the Earth Mapping Resources Initiative (version 1.1, May 2021): U.S. Geological Survey Open-File Report 2020-1042, p. 26. https://doi.org/ 10.3133/ ofr20201042 . ). Así, el Te se recupera de menas donde el producto principal es el Cu, el In y Ge proceden de menas donde el Zn (a veces el Cu) es el producto principal, el Re de menas de Cu - Mo, el Co se obtiene de menas sulfurosas de Cu y lateríticas de Ni y el Ga se obtiene de la bauxita (menas supergénicas de Al), por ejemplo. ETR, EGP y Ta - Nb, por su parte, son “productos acoplados”, porque por lo general son minados y procesados juntos, sin ser arrastrados por un producto (componente útil) principal.

No son pocos los especialistas que, dentro y fuera del ámbito de la Geología, a la hora de abordar este tema solo tienen en cuenta los listados emitidos por los Estados Unidos y la UE. Al hacerlo así, trabajan con una visión parcial del mismo. Para tener una visión más realista sobre el tema y trabajar con un listado más apropiado, representativo y completo de materias primas críticas para la economía mundial, es necesario tomar de igual modo en cuenta los listados publicados por naciones de otras partes del mundo. Esta necesidad se vuelve más clara cuando se considera la nueva redistribución emergente de los centros económicos mundiales y los consiguientes cambios avizorados en el futuro de la economía globalizada. Por esta razón, para la identificación de las materias primas críticas presentadas en este artículo fueron considerados todos los listados mostrados en la tabla 1, otorgándoseles a cada uno de ellos igual importancia.

Por último, es conveniente señalar que los términos “materias primas críticas” y “minerales estratégicos”, aunque no son sinónimos, se solapan entre sí. En este sentido se tiene, en forma resumida, que los minerales (materias primas) esenciales para la industria militar son estratégicos, en tanto las materias primas para las cuales una amenaza a su abastecimiento implica daños y perjuicios a la economía, son críticas. Esto implica que una materia prima crítica puede ser o no ser estratégica. Así, en el 2023 la UE listó las siguientes materias primas estratégicas (Grohol, Veeh, DG GROW, European Commission, 2023Grohol, M.; Veeh, C.; DG GROW, European Commission (2023): Study on the Critical Raw Materials for the EU 2023 Final Report. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2023. ISBN 978-92-68-00414-2. https://doi.org/10.2873/725585.): B, Bi, Co, Cu, EGP, ETR, Ga, Ge, grafito, Li, Mg, Mn, Ni, Si (cuarzo de alta pureza), Ti (metálico) y W. Como puede verse en la tabla 1, la gran mayoría de ellas aparecen en el listado de materias primas críticas de la UE del 2023 al cumplir con los criterios evaluados (riesgo de abastecimiento e importancia económica).

Evaluaciones y listados de materias primas críticas

Aunque la iniciativa de recopilar información sobre las materias primas críticas data del 2008, las primera evaluaciones y listados de estas fueron publicadas en el 2011 por los Estados Unidos y 2010 por la Unión Europea, respectivamente. Tanto los Estados Unidos como la Unión Europea llevan a cabo evaluaciones de materias primas críticas cada tres años, resultado de las cuales es la publicación de documentos contentivos de los correspondientes listados, así como informaciones y comentarios asociados con los mismos. Como puede verse en las tablas 1a y 1b, otros países también han publicado en diversos años listados de materias primas críticas.

La evaluación para establecer si un mineral es crítico o no se realiza a partir del análisis de dos criterios: importancia económica y riesgo de suministro. El primero evalúa el aporte de la materia prima objeto de evaluación al producto global de la economía a través de su contribución, mediante la medición de la cantidad de uso, en cada sector y subsector económico. Así, mientras más alto sea el valor agregado producido por el sector o subsector de la economía que la consume y más sea el aporte sumado de estos al producto económico global del país, más elevado será el valor de criticidad para la materia prima considerada. El segundo, además de los riesgos derivados de la concentración de la producción, considera el grado de sustitución y reciclaje. De este modo, una materia prima disponible en el país en cantidades suficientes, para la cual existan sustitutos funcionales o cuente con un buen nivel de reciclaje, obtendrá un menor valor de criticidad para este criterio. La combinación de los valores obtenidos para cada uno de los dos criterios expuestos y/o la ubicación de la materia prima en un gráfico donde el riesgo de suministro es representado en el eje vertical y la importancia económica en el eje horizontal, determina si la materia prima en cuestión es crítica o no (European Commission, 2017European Commission (2017): Methodology for establishing the EU list of critical raw materials. Raw materials guidelines, 25 pp Luxembourg: Publications Office of the European Union. ISBN 978-92-79-68051-9. https://doi.org/10.2873/769526 ).

Todas estas evaluaciones tienen carácter aproximado debido a: A) Inconsistencia de los datos utilizados a nivel global y nacional. B) Dificultad en reflejar de modo adecuado las variaciones de precio derivadas de eventos de escasez o de sobreabastecimiento. C) No inclusión de los factores ambientales y asociados a la sustentabilidad de los procesos de producción en los que la materia prima considerada participa. D) Dificultad para la evaluación adecuada de la criticidad de la materia prima derivada de la importación de productos intermedios o semielaborados. E) Dificultad a la hora de evaluar los cambios generados por la introducción de nuevas tecnologías, que mejoran la producción de productos existentes o dan lugar a la aparición de otros nuevos (U.S. Department of Energy, 2011U.S. Department of Energy. (2011): Critical materials strategy (DOE/PI-0009, 191 pp). Washington, D.C: U.S. Department of Energy, [Also available at http://energy.gov/sites/prod/files/DOE_CMS2011_FINAL_Full.pdf.] .). Esta es, en suma, la causa del corto plazo de vigencia (trianual) de las sucesivas evaluaciones realizadas, tanto por los Estados Unidos como por la Unión Europea.

Como puede apreciarse en la tabla 1, hay un amplio conjunto de materias primas que de manera reiterada clasifican como críticas en listas correspondientes a diferentes años y diferentes evaluadores (países), formado por: Al, B, Be, Bi, Co, Cr, cuarzo de alta pureza, EGP (elementos del grupo del platino), ETR (elementos de las tierras raras), fluorita, Ga, Ge, grafito, Hf, In, Mg, Mn, Mo, Nb, Ni, Re, Sb, Ta, V, W y Zr. A ellas se les añade otro grupo de materias primas, clasificadas como críticas en evaluaciones realizadas entre los años 2021 y 2023, formado por: As, barita, Cu, Cs, feldespato, He, Li, P y fosfatos, potasa, Rb, Sc, Sn, Sr, Te, Ti (metálico) y Zn. En cambio, otras materias primas, como Pb, Fe, Au, Ag y diamante, aunque figuran en la tabla 1, solo aparecen en ella una o dos veces.

Atendiendo a lo arriba expuesto, las materias primas críticas aquí consideradas son: Al, As, barita, Be, B, Bi, Co, Cr, Cs, cuarzo de alta pureza, EGP, ETR (incluido el Y), fluorita, feldespato, Ga, Ge, grafito, He, Hf, In, Li, Mg, Mn, Mo, Nb, Ni, P y fosfatos, potasa, Rb, Re, Sb, Sc, Sn, Sr, Ta, Te, Ti, V, W y Zr. Este conjunto es presentado en la tabla 2, enfocada por modelos de depósitos minerales.

El Cu y el Zn no se consideran aquí materiales críticos por tratarse de dos de los metales base, contenidos en numerosos depósitos minerales y con grandes volúmenes de producción. El carbón tampoco se considera materia prima crítica, por tratarse de una materia prima combustible. A su vez el titanio metálico, al ser un producto elaborado, tampoco es considerado dentro de las materias primas críticas. Asimismo, no se incluyen el Pb, Fe, Au, Ag y diamante.

Finalmente, cabe señalar que se consideran materias primas estratégicas “clásicas” (desde los tiempos de la Segunda Guerra mundial) Al, Cr, Fe, Mn, Ni y W, a las cuales ahora se les añade el Cu, declarado como tal por la UE. Como ya se expuso, el universo de materias primas minerales consideradas estratégicas es más amplio y se solapa de modo parcial con el universo de las materias minerales críticas.

Ubicación geológica de las materias primas críticas

Por modelos de depósitos minerales, según Cox y Singer (1986)Cox, D. P., Singer, D. A. Eds. (1986): Mineral deposit models: Geological Survey Bulletin. No. 1693. p. 1-10. Washington D.C: United States government printing office., se entiende “la información sistemáticamente arreglada que describe los atributos esenciales (propiedades) de una clase de depósito mineral”. La presencia de uno u varios modelos de depósitos minerales, en una zona dada, constituye un importante rasgo metalogénico de ella y brinda criterios acerca de qué recursos minerales buscar, dónde buscarlos y en qué forma estos pueden aparecer. También constituyen una base de partida importante para el cálculo cuantitativo de recursos en las evaluaciones de potencial. Por estas razones, su formulación y reconocimiento son un paso obligado en la confección de los mapas metalogénicos y las evaluaciones de potencial mineral.

El concepto de sistema mineral es un reflejo del conocimiento alcanzado en el entendimiento de los procesos y regularidades que dan origen a un depósito mineral. Definido por primera vez en Wyborn, Heinrich y Jaques (1994)Wyborn, L. A. I.; Heinrich, C. A. and Jaques A. L. (1994): Australian Proterozoic mineral systems-Essential ingredients and mappable criteria. Proceedings from Australasian Institute of Mining and Metallurgy Annual Conference, Darwin, Australia, 109-115. Darwin, Australia: Australasian Institute of Mining and Metallurgy., este concepto fue desarrollado posteriormente por otros autores (McCuaig, Beresford y Hronsky, 2010McCuaig, T. C.; Beresford, S.; Hronsky, J. (2010): Translating the mineral systems approach into an effective exploration targeting system. Ore Geology Reviews, 38 (3), 128-138. [Also available at https://doi.org/10.1016/ j.oregeorev.2010.05.008] .; Huston et al., 2016Huston, D. L.; Mernagh, T. P.; Hagemann, S. G.; Doublier, M. P.; Fiorentini, M.; Champion, D. C.; Jaques, A. L.; Czarnota, K.; Cayley, R.; Skirrow, R.; Bastrakov, E. (2016): Tectono-metallogenic systems-The place of mineral systems within tectonic evolution, with an emphasis on Australian examples. Ore Geology Reviews, 76, 168-210. [Also available at https://doi.org/ 10.1016/ j.oregeorev.2015.09.005].; Hofstra y Kreiner, 2020Hofstra, A. H. and Kreiner, D. C. (2020): Systems-Deposits-Commodities-Critical Minerals Table for the Earth Mapping Resources Initiative (version 1.1, May 2021): U.S. Geological Survey Open-File Report 2020-1042, p. 26. https://doi.org/ 10.3133/ ofr20201042 . ). Estos dos últimos plantean que, en general, un sistema mineral abarca los siguientes componentes requeridos para formar yacimientos:

Cualquier cambio en los componentes mencionados, que ocurra dentro de un ambiente geodinámico, provoca el desarrollo de sistemas y depósitos minerales de diferentes tipos, portadores de distintos productos y subproductos. Entre estos últimos figuran muchas de las materias primas críticas. Esto implica la existencia de una relación jerárquica entre sistemas minerales (tipos de depósitos minerales relacionados entre sí desde el punto de vista genético), productos principales y materias primas minerales críticas. Partiendo de esta premisa, para ilustrar esta relación fue construida la tabla 3.

Como suele ocurrir en toda generalización, al confeccionar la tabla 3 se incurrió en cierto grado de simplificación, pues la realidad geológica siempre supera en amplitud y complejidad a su representación generalizada. Ello se refleja en las denominaciones dadas en la tabla a los sistemas minerales, carentes a toda alusión a su ubicación geotectónica y metalogénica concreta. Así, por ejemplo, en un país, región o continente, puede existir no uno, sino varios sistemas minerales porfírico-skarn- epitermales, los cuales pueden ser identificados, cartografiados y nombrados de manera reconocible y unívoca en sus correspondientes ubicaciones. En otros casos, el sistema mineral generalizado es subdividible en varios más específicos. Así, por ejemplo, dentro del sistema mineral singenético-epigenético de cuenca distensiva es posible distinguir cuencas extensionales asociadas a rift y cuencas extensionales de trasarco, por ejemplo.

Otro hecho a tener presente es que un sistema mineral puede contener modelos de depósitos minerales pertenecientes a diferentes familias o grupos de modelos. A su vez, un modelo de depósito dado puede estar presente en varios sistemas minerales de diferentes tipos. Una complicación adicional es que, en una misma región, pueden existir dos o más sistemas minerales, similares o diferentes, ubicados en distintos intervalos del tiempo geológico, es decir, pertenecientes a diferentes épocas metalogénicas. Todo lo anterior implica que la tabla 3 aquí presentada, si se confeccionase con un mayor grado de apego a la realidad geológica, resultaría considerablemente más extensa y complicada. Esto último, a su vez, se apartaría del propósito general perseguido de brindar una guía general que permita al lector establecer con facilidad hacia dónde dirigir su atención en relación a una materia prima o grupo de materias primas críticas de su interés.

Geología y cadena de suministro

Una inspección de las tablas 2 y 3 revela que las materias primas críticas están presentes en un gran número de tipos de depósitos minerales, distribuidos en casi todos los sistemas minerales. También muestran que no todas las materias primas aquí consideradas se distribuyen de igual manera, pues mientras elementos tales como Ni, Co, EGP, Mn y V se asocian con magmatismo máfico-ultramáfico (intrusivos estratificados, ofiolitas y arcos volcánicos toleíticos), otros, como el Mo, W y Sn se asocian con el magmatismo félsico. Los que forman minerales de gran inercia química en ambiente exógeno, como Sn, Zr, Hf, EGP, ETR, Ti y Ta, entre otros, suelen aparecer en depósitos sedimentarios de placer. Por otra parte, los sistemas minerales relacionados con intrusivos reducidos (del tipo S) y con secuencias sedimentarias ricas en materia orgánica, albergan un considerable surtido de materias primas críticas.

A la luz de lo anterior puede afirmarse que el problema geológico de las materias primas críticas, en sentido general, no radica en la amplitud de su distribución por modelos de depósitos y sistemas minerales, sino en las bajas concentraciones en que estas suelen acumularse en los depósitos minerales de diferentes tipos. Otro problema, correlativo con este, aunque no geológico, es la dependencia económico-tecnológica del suministro de la mayoría de estas materias primas de la producción de productos principales. En adición a esto, en muchos casos, la mina donde se obtiene el concentrado mineral, portador de una o más materias primas críticas, y la planta metalúrgica refinadora, donde se obtiene el producto principal (que puede ser más de uno) y sus subproductos, se ubican en distintos lugares, en no pocas ocasiones muy alejados uno del otro, y pertenecen a empresas diferentes. Ello da lugar a que la cadena de suministro de materias primas críticas puede encontrarse en cuatro situaciones básicas:

De este modo, la realidad económica y geopolítica internacional de la cadena de suministro de cada una de las materias primas reconocidas como críticas puede ser descrita en términos de una combinación, en determinadas proporciones, de las cuatro situaciones básicas arriba descritas, en la cual las empresas refinadoras ocupan una posición superior en la cadena de valor con respecto a la de los productores de concentrados.

Distribución de minerales críticos en Cuba

La geología de Cuba se caracteriza por la presencia de varios ambientes geotectónicos. Ellos son: margen continental distensivo asociado a una cuenca de rift, arcos volcánicos insulares, corteza oceánica (ofiolitas), orogénico y de intraplaca. Dentro de ellos se distinguen diversos ambientes deposicionales. Así, en los márgenes continentales (de los bloques Maya y Bahamas-Florida) hay secuencias siliciclásticas y carbonatadas, en los arcos volcánicos insulares hay secuencias pertenecientes a las series toleítica, calcoalcalina y alcalina. A su vez, están representadas sus diferentes partes: antearco, arco (con el eje magmático principal) y trasarco. Dentro de las ofiolitas aparecen todos los niveles del corte ofiolítico, en tanto el ambiente orogénico incluye cuerpos intrusivos subvolcánicos -de máficos a félsicos- así como granitoides generados por fusión parcial de corteza continental. En el ambiente de cuencas intraplaca, correspondiente a la cubierta neoauctóctona neógeno-cuaternaria, aparecen las secuencias sedimentarias, químicas y mecánicas, así como las de origen supergénico.

En este contexto, en el territorio cubano existe un total de 41 modelos y 8 submodelos descriptivo-genéticos de depósitos metálicos, identificados con diferentes grados de certeza. A lo anterior se añaden otros 9 modelos y 2 submodelos de depósitos que pudieran estar presentes, aunque, hasta el momento, no se conocen depósitos pertenecientes a ellos.

El estudio de los modelos, unido al análisis de la interrelación espacio-temporal existente entre los tipos de depósitos localizados en los diferentes ambientes geodinámicos y unidades tectónico-estructurales de Cuba, ha permitido reconocer la presencia en el país de 10 sistemas minerales (Cazañas y otros, 2017Cazañas, X.; Torres, J. L.; Lavaut, W.; Cobiella, J. L.; Capote, C. R.; González, V.; López, J. M.; Bravo, F.; Llanes, A. I.; González, D.; Ríos, Y.; Ortega, Y.; Yasmany, R.; Pantaleón, G.; Torres, M.; Figueroa, D. (2017): Metalogenia de Cuba. Memoria Explicativa del Mapa Metalogénico de Cuba a escala 1:250 000. 176 p. La Habana, Centro Nacional de Información Geológica. ISBN 978-959-7117-77-3.).

De esos sistemas minerales, los más perspectivos para materias primas críticas son:

En Cuba existen otras posibilidades para materias primas críticas. En este sentido, en los depósitos de Cu - Mo ± Au porfírico de los arcos volcánicos insulares del Cretácico y del Paleógeno, aunque hasta ahora no se ha realizado ninguna determinación analítica para este elemento, cabe esperar la presencia de Re en concentraciones de interés, en virtud de la conocida regularidad metalogénica mundial, según la cual, los depósitos porfíricos formados en ambientes geotectónicos de arcos volcánicos insulares y con importante influencia del aporte del manto, son portadores de los más altos contenidos de Re en molibdenita (Sinclair y Jonasson, 2014Sinclair, W. D.; Jonasson I. R. (2014): Highly siderophile elements (Re, Au and PGE) in porphyry deposits and their mantle origins. Acta Geologica Sinica 88 (2). 616-618.; Sinclair et al., 2016Sinclair, W. D.; Jonasson, I. R.; Kirkham, R. V.; Soregaroli, A. E. (2016): Rhenium in Canadian mineral deposits, Open File 7780, 58 p.; Plotinskaya y otros, 2019Plotinskaya, O.; Abramova, V.; Bondar, D.; Seltmann, R.; Spratt, J. (2019): Porphyry Cu(Mo) deposits of the Urals: insights from molybdenite trace element geochemistry. Proceedings of the 15th SGA Biennial Meeting, 27-30 August, Glasgow, Scotland, pp. 1019-1022. The Society for Geology Applied to Mineral Deposits.). Por otra parte, hay grafito en los macizos metamórficos Isla de la Juventud y Guamuhaya, aunque su carácter amorfo y frecuente entrecrecimiento con otros minerales limitan sus perspectivas en lo que a la obtención de grafito altamente purificado se refiere. Por último, se tiene la existencia de depósitos de arena sílice de alta pureza (en Pinar del Río) y de vetas de cuarzo igualmente de alta pureza (en Sancti Spíritus).