El litio, un mineral crítico —el más ligero de todos los metales— había eludido durante mucho tiempo a los geólogos al escabullirse de las grietas del análisis tradicional.
Por Emily Lehmann, CSIRO
Su bajo peso atómico, la característica que lo hace ideal para impulsar vehículos eléctricos o el almacenamiento de energía renovable, dificultaba su detección en muestras de núcleos de perforación. Esto cambió cuando la espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS) se puso a disposición como herramienta en la década de 1960.
Ahora, gracias a los avances en portabilidad y velocidad, LIBS se puede utilizar en el campo para crear mapas minerales de litio y otros metales ligeros.
LIBS es una herramienta potente y complementaria desde la exploración de yacimientos nuevos hasta el procesamiento posterior. Y si bien el interés en el uso de LIBS para la caracterización del litio sigue creciendo, sus beneficios van más allá.
Esta tecnología está revolucionando la minería en general, al permitir el análisis rápido de más muestras de núcleos de perforación de diversos productos, sin comprometer la calidad de los datos elementales. Desde oro y cobre hasta níquel y grafito, LIBS puede utilizarse en cualquier sistema mineral y en cualquier núcleo de perforación o chip.
Datos en tiempo real para plantas de procesamiento
Según Geoscience Australia, en 2024 se recolectaron alrededor de 10 millones de metros de testigos de perforación para la exploración de yacimientos nuevos y abandonados en Australia. Sin embargo, solo una fracción de estos se somete a análisis detallados. Hasta la fecha, los beneficios se han obtenido principalmente en las fases iniciales. Los costos y el tiempo necesarios para obtener los resultados de los ensayos generalmente son incompatibles con las presiones diarias de las operaciones mineras continuas.
Tradicionalmente, los geólogos han entrenado su ojo para buscar ciertas características en las rocas, ya sea analizando el sondeo o seleccionando una muestra de núcleo cada 20 metros aproximadamente para cortarla y enviarla a laboratorios para su análisis. Sin embargo, los resultados del ensayo pueden tardar de dos a tres meses.
LIBS es la única herramienta portátil de campo que puede analizar directamente el litio. Los resultados instantáneos del análisis pueden ayudar a cerrar rápidamente los ciclos de toma de decisiones. Una exploración más rápida y específica implica menos perforaciones innecesarias y un uso más eficiente de los recursos.
El científico de sistemas minerales del CSIRO, Dr. Adam Bath, dijo que los resultados instantáneos también podrían beneficiar a los procesadores de materias primas en etapas posteriores.
«En Australia, es posible extraer minerales equivalentes al tamaño de una pelota de golf de un camión entero de roca», dijo el Dr. Bath. «Pero puede haber otros elementos o minerales perjudiciales en las rocas que pueden causar graves problemas en el procesamiento posterior.
Al mapear los minerales, los metalúrgicos pueden saber exactamente qué rocas se trituran y se envían desde el molino, para poder adaptar sus procesos en consecuencia.
LIBS proporcionaría datos en tiempo real para fundamentar la toma de decisiones, ayudar a los procesadores a planificar con antelación y reducir los riesgos de errores e ineficiencias.
El genio del análisis láser
Las principales ventajas de LIBS sobre otras herramientas de análisis son la velocidad, la portabilidad y el tiempo mínimo de preparación.
El físico Dr. Jamie Laird de CSIRO dijo que LIBS utiliza un láser de energía de pulso alto para extirpar una muestra de núcleo de perforación.
«El proceso de ablación descompone pequeñas partículas de la superficie de la roca en un gas o vapor conocido como plasma.
«A medida que el plasma se enfría, emite luz con longitudes de onda —también conocidas como ‘huellas’ espectrales— que indican los elementos que contiene».
Es más rápido que la tecnología tradicional, como la microscopía electrónica de barrido (MEB). La LIBS produce resultados inmediatos, en lugar de meses de retraso. Además, funciona en superficies bastante planas, por lo que se pueden ahorrar más de $1,000 solo en la preparación.El Laboratorio de Investigación de Geociencias de Perforación de Núcleos de CSIRO en Perth ofrece un conjunto de instrumentos analíticos avanzados y experiencia. Crédito: CSIRO
Resultados rápidos en el campo
LIBS está disponible en dispositivos portátiles y también en máquinas más potentes del tamaño de fotocopiadoras, lo que lo hace fácilmente escalable.
Sin embargo, también existen desventajas, como explicó el geólogo Dr. Nick Farmer del CSIRO.
«Cuando analizamos las herramientas analíticas , existen compensaciones entre velocidad, escala y precisión, particularmente a nivel micrométrico», dijo el Dr. Farmer.
«LIBS no logra la misma precisión detallada que SEM, y los datos son mucho más difíciles de interpretar que la fluorescencia de rayos X (XRF).
LIBS permite crear mapas minerales en muchas más muestras que el SEM, y puede detectar elementos ligeros como el litio, invisibles a la XRF. Sin embargo, su uso combinado con ellos resulta más efectivo en sistemas minerales complejos.
CSIRO ofrece una variedad de herramientas analíticas a través de su Laboratorio de Núcleos de Perforación de Geociencias.
Como parte de esta suite, el Dr. Farmer y el Dr. Laird están trabajando en el desarrollo de sistemas LIBS con láseres más intensos.
Estamos desarrollando internamente un sistema LIBS de última generación con pulsos láser mucho más intensos para mejorar el detalle de la composición elemental. Será un instrumento de laboratorio que esperamos adaptar a las minas en el futuro.
Garantizar resultados sólidos
CSIRO también está trabajando en una biblioteca de datos de entrenamiento que utiliza aprendizaje automático para optimizar la técnica LIBS. Esta biblioteca reúne datos de núcleos de perforación de los yacimientos de oro de Yilgarn, así como de depósitos de litio.
«Estamos escaneando un amplio conjunto representativo de preparaciones de la extensa colección de CSIRO, que incluye más de 25.000 muestras, para crear una biblioteca de referencia integral que permita validar los resultados de LIBS», afirmó el Dr. Bath.
En última instancia, esta base de datos puede ayudarnos a escalar la tecnología LIBS en toda la industria. Esperamos crear bases de datos similares con yacimientos mineros de toda Australia.
Del espacio al subsuelo
LIBS se utiliza en toda la ciencia de los materiales, desde minerales hasta productos farmacéuticos, arqueología y exploración espacial. El caso más famoso es el del rover de la NASA en Marte, que desplegó la tecnología LIBS en el espacio para identificar diferentes minerales en Marte.
Dada su robustez y su idoneidad para diferentes atmósferas, nuestros científicos lo probarán próximamente en nuevas fronteras subterráneas. En colaboración con CRC ORE, CSIRO lidera una investigación pionera para introducir un dispositivo LIBS en un pozo.
Se trata de un trabajo nuevo y desafiante debido a las incertidumbres inherentes a las excavaciones subterráneas. Por ejemplo, el hallazgo de agua subterránea podría afectar la eficacia de LIBS. La investigación busca superar estos obstáculos y demostrar cómo la industria podría acceder a datos casi en tiempo real directamente desde la fuente.
Por ahora, hay planes más inmediatos para integrar LIBS en los laboratorios de las minas.
Y no podría haber llegado en un momento más crítico. Como productor líder de minerales, Australia puede obtener importantes beneficios de la LIBS en toda la cadena de valor.
